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3D高精度打印机的设计

2017-3-23 来源：宁夏大学物理电气信息学院作者：郭彦麟张冬访问量：

摘要：本文的设计主要是从现阶段3d打印技术出发，结合当前打印机昂贵，精确度不够而提出的利用齿条齿轮光栅尺设计的一款更物美价廉的产品。XYZ高精度3D打印机基于我们前期“多功能 3D 打印机”的原理和经验，自主设计机械结构系统来提高3D打印精度，采用闭环控制熔融沉积快速成型技术，可快速打印，效率更高。与市场高精度 3D 打印机（好几万）相比，使用成本低，精度更高且速度更快。

关键词：3D打印机

1.背景

目前市场上打印机产品参差不齐，打印精度不够精确，生产成本过高，因此 3D 打印机市场前景广阔，有很大的发展空间。

2.意义

大多数桌面级大型 3D 打印机的售价在几万元人民币左右，一些国内的仿制品价格可以低到几千元，国产的3D打印机虽然价格低，但同时在质量很难保障。对于桌面级 3D 打印机来说，由于仅能打印塑料产品，因此使用范围非常有限，而且对于企业用户来说，3D打印机的使用成本仍然很高。XYZ 高精度 3D 打印机可广泛应用在设计邻域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个高精度模具的打印，可以节约很多产品到市场的开发时间。 XYZ高精度3D 打印机可以打印对精度要求较高的三维模型，使用 3D 打印控制软件- Repetier-host1.0,工程师设计出一个模型之后，无论是一所房子还是人工心脏瓣膜,都可通过高精度3D打印机进行打印，填补市场高精度3D打印机市场的需求。XYZ 高精度 3D 打印机基于我们前期多功能 3D 打印机的经验，采用闭环控制熔融沉积快速成型技术，应用光栅尺原理，自主设计了一套机械结构来提高打印机挤出喷头位置的精确度，实现高精度打印。

3.核心技术简介

(1)应用光栅尺原理，自主设计的机械结构来提高打印精度。与传统3D打印机相比，打印精度更高，技术要求更高。

(2)采用闭环控制熔融沉积快速成型技术实现电机不失步打印且快速打印，节省时间。

它所可实现的目标

（1）掌握XYZ结构的3D打印机核心技术

（2）实际打印精度达到0.1mm

（3）实现离散打印功能

（4）面向低成本进行优化，所做设计必须符合低成本要求

（5）实现能够打印 PLA 材料的 XYZ 结构的 3D 打印机样机一台，为量产低成本的XYZ架构的3D打印机技术预研。

4.3D打印技术的基本原理

首先得通过计算机建模软件设计模型（如果有现成的模型更好），再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据，并把这些信息传送到3D打印机上，3D打印机会把这些切片堆叠起来，直到一个固态物体成型。

5.实施方案：

（1）为了能够更清楚的理解 XYZ 高精度 3D 打印机的技术内容，请参阅下图有详细说明。如图一是实现高精度的系统结构图，由直流减速电机带动齿轮传动，齿轮在带动齿条。在齿条的侧面安装光栅条，光栅条随着齿条移动，在光电对管中，当光栅条通过时，光电对管过检测来读取光栅刻度。在XY轴上，分别固定该装置，则可得到挤出喷头的机械位移信息。