[实用新型]一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机有效
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【说明书】：
技术领域本实用新型涉及3D打印技术领域，具体是一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机。背景技术基于FDM技术的传统3D打印设备是单喷头打印或双喷头打印。单喷头打印机成型时间长、打印速度慢，只可打印单一色彩模型。双喷头打印机包含主、副喷头，主喷头打印模型，副喷头打印支撑，而后处理中支撑是被去除掉的，因此双喷头打印机仍无法实现多彩色打印。另外，即使利用不同颜色材料实现模型各组成部分的打印，并通过粘贴达到多彩色模型制作的目的，也会由于过程繁琐、达不到全自动化的效果而无法满足市场需求。申请号.4公开了一种多喷头3D打印机，在打印机上设置有至少一个粗加工喷头、一个精加工喷头、一个支撑喷头，将这些不同型号的喷头装置在一台打印机上面，多种喷头可以使用多种颜色的打印材料进行3D打印。该3D打印机可做到精粗加工，彩色打印，但是所有喷头需装在一个本体上，打印空间小、结构复杂。实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机。该打印机的扫描头只沿Y方向进行喷丝打印，工作台根据零件的需求可在X轴方向进行运动，并与扫描头一起构成了X-Y平面的运动系统；每固化一层，Z轴带动工作台下降一个层片的厚度，然后喷头喷丝打印，在设定空间内，可在打印机底座搭建一个喷头或多个喷头交替打印，空间不干涉，实现喷头全自动化与模型的多彩色打印功能。本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机，其特征在于该打印机包括执行机构、传动机构、驱动机构、支撑机构、料盘装置机构和底座；所述执行机构包括第一扫描头、第二扫描头、第三扫描头和工作台；所述传动机构包括X向传动机构、第一Y向传动机构、第二Y向传动机构、第三Y向传动机构和Z向传动机构；所述驱动机构包括X向伺服电机、第一Y向伺服电机、第二Y向伺服电机、第三Y向伺服电机和Z向伺服电机；所述支撑机构包括X向安装底板、第一Y向安装底板、第二Y向安装底板、第三Y向安装底板、第一Z向直线导轨安装底板、Z向安装底板、第二Z向直线导轨安装底板、第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板；所述料盘装置机构包括第一料盘、第二料盘、第三料盘、第一丝料挂钩、第二丝料挂钩和第三丝料挂钩；所述第一扫描头包括喷头和喷嘴，喷嘴安装在喷头上；所述第二扫描头、第三扫描头与第一扫描头的结构和安装方式完全相同；所述第一扫描头与第一Y向传动机构连接；所述第二扫描头与第二Y向传动机构连接；第三扫描头与第三Y向传动机构连接；所述工作台分别与X向传动机构与Z向传动机构连接；所述X向传动机构垂直搭建在Z向传动机构上，包括第一X向直线导轨、第二X向直线导轨、X向滚珠丝杠和X向联轴器；所述第一X向直线导轨、第二X向直线导轨和X向滚珠丝杠均与X向安装底板连接；所述第一Y向传动机构与第一Y向安装底板连接，包括第一Y向滚珠丝杠和第一Y向联轴器；所述第二Y向传动机构、第三Y向传动机构与第一Y向传动机构的结构和安装方式完全相同，第二Y向传动机构与第二Y向安装底板连接，第三Y向传动机构与第三Y向安装底板连接；所述Z向传动机构包括第一Z向直线导轨、第二Z向直线导轨、Z向滚珠丝杠和Z向联轴器；所述第一Z向直线导轨紧固在第一Z向直线导轨安装底板上；第二Z向直线导轨紧固在第二Z向直线导轨安装底板上；所述Z向滚珠丝杠与Z向安装底板连接；所述X向伺服电机通过X向联轴器与X向滚珠丝杠连接；所述第一Y向伺服电机通过第一Y向联轴器与第一Y向滚珠丝杠连接；所述第二Y向伺服电机与第二Y向传动机构连接；所述第三Y向伺服电机与第三Y向传动机构连接；所述Z向伺服电机通过Z向联轴器与Z向滚珠丝杠连接；所述第一Y向安装底板的左右两端分别与第一Z向直线导轨安装底板和第一支撑板的上端连接；所述第二Y向安装底板的左右两端分别与Z向安装底板和第二支撑板的上端连接；所述第三Y向安装底板的左右两端分别与第二Z向直线导轨安装底板和第三支撑板的上端连接；所述第一Z向直线导轨安装底板、Z向安装底板和第二Z向直线导轨安装底板的下端安装于底座上；所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板的下端安装于底座上；所述第一料盘位于第一Z向直线导轨安装底板的中心位置；所述第二料盘位于第一支撑板的中心位置；所述第三料盘位于第三支撑板的中心位置；所述第一丝料挂钩、第二丝料挂钩和第三丝料挂钩分别位于第一料盘、第二料盘和第三料盘的上方位置；所述第一料盘包括固定夹、紧固螺母、丝料盘和料盘安装轴；所述料盘安装轴与Z向安装底板连接，丝料盘安装在料盘安装轴上，通过固定夹卡住，利用紧固螺母锁紧；所述第二料盘与第三料盘与第一料盘的结构和安装方式完全相同。与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：1、该打印机克服了传统3D纯色打印的缺陷。可根据意愿在Y方向扩展2个及以上的喷头结构，不仅实现多喷头交替全自动的三维打印，也可选择不同颜色的丝材，实现多彩色模型的制作。该打印机结构简单、成本低廉、操作简便。2、该打印机的扫描头只沿Y方向进行喷丝打印，仅有1个自由度，运动过程、运动方式、运动路线较为简单；在设定空间内，可在打印机底座搭建一个喷头或多个喷头交替打印，空间不干涉，每个喷头都是一个独立的单元，实施送丝、熔融、出丝、走轨迹各成型步骤都更为简单。工作台运动路线包括X、Z两个方向，打印时，工作台沿Z方向每次下降一个打印层面的厚度，因此竖直方向的运动形式是直线下降的单向运动，而X方向的运动是与Z方向独立的往复运动，所以该打印机的运动惯量较小，工作台行程范围较大，打印区域较广。3、该打印机的各支撑板间距相当，有足够的空间位置放置打印所需料盘，设计的丝料盘安装机构，解决了多喷头3D打印机成型材料放置的难题。在支撑板上部，对应于丝料盘安装机构设计有丝料挂钩，它可对送入喷头的丝料进行约束，避免了材料的打结、缠绕。4、该打印机采用滚珠丝杠传动机构，较于使用齿形带传动的3D打印机具有运动平稳、传动效率高、定位精确、承载能力强、结构简单紧凑的特点。打印机Y方向传动机构仅使用滚珠丝杠副，没有使用导轨副，因此其Y方向的传动系统部件少，连接方便，结构简单。5、该打印机的驱动机构采用伺服电机，较于使用步进电机的3D打印机具有控制精度高、运行性能稳定的特点。附图说明图1为本实用新型基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机一种实施例的整体结构的等轴测示意图；图2本实用新型基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机一种实施例的主视结构示意图；具体实施方式下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。本实用新型提供了一种基于FDM技术的多喷头全自动3D打印机(简称打印机，参见图1-2)包括执行机构1、传动机构2、驱动机构3、支撑机构4、料盘装置机构5和底座6；所述执行机构1包括第一扫描头101、第二扫描头102、第三扫描头103和工作台104；所述传动机构2包括X向传动机构201、第一Y向传动机构202、第二Y向传动机构203、第三Y向传动机构204和Z向传动机构205；所述驱动机构3包括X向伺服电机301、第一Y向伺服电机302、第二Y向伺服电机303、第三Y向伺服电机304和Z向伺服电机305；所述支撑机构4包括X向安装底板401、第一Y向安装底板402、第二Y向安装底板403、第三Y向安装底板404、第一Z向直线导轨安装底板405、Z向安装底板406、第二Z向直线导轨安装底板407、第一支撑板408、第二支撑板409和第三支撑板410；所述料盘装置机构5包括第一料盘501、第二料盘502、第三料盘503、第一丝料挂钩504、第二丝料挂钩505和第三丝料挂钩506；所述第一扫描头101包括喷头1011和喷嘴1012，喷嘴1012安装在喷头1011上；所述第二扫描头102、第三扫描头103与第一扫描头101的结构和安装方式完全相同；所述第一扫描头101与第一Y向传动机构202连接；所述第二扫描头102与第二Y向传动机构203连接；第三扫描头103与第三Y向传动机构204连接；第二扫描头102、第三扫描头103与第一扫描头101可沿Y方向作水平往复运动；所述工作台104位于底座6的上方，分别与X向传动机构201与Z向传动机构205连接，X向传动机构201带动工作台104沿X方向作水平往复运动，Z向传动机构205带动工作台104沿Z方向作竖直往复运动；
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高智&让创新无法想象2000万件&专利数据FDM技术3d打印桌面机常见问题与解决
　作者: 厂商投稿　编辑:
　　魏文王问名医扁鹊说：“你们家兄弟三人，都精于医术，到底哪一位医术最高明呢?”　　扁鹊答：“长兄最好，中兄次之，我最差。”　　文王再问：“那么为什们你最出名呢?”　　扁鹊答：“长兄治病，是治病于病情发作之前，由于一般人不知道他事先能铲除病因，所以他的名气无法传出去;中兄治病，是治病于病情初起时。一般人以为他只能治轻微的小病，所以他的名气只及本乡里。而我是治病于病情严重之时。一般人都能看到我在经脉上穿针放学、在皮肤上敷药等大手术，所以以为我的医术高明，名气因此响遍世界。”　　看看，扁神医说的是事后控制不如事中控制，事中控制不如事前控制。当然，最好的控制方法就是有前车之鉴啦~　　最近节日颇多呀，总想准备一些意义非凡的小礼物送给特别的人，思考一番之后，决定借助当下最流行的3D打印桌面机来打印一些自己设计意义独特的小礼物，一定是个很感人的事情吧，想想不由得有点小激动呢!　　果然梦是现实的延续，现实是梦的终结呀，事情想想总是简单的。真的做起来还是会碰到很多问题的呀!不过没关系，碰到问题我们就解决问题，如此这般循环往复几次，诞生几个完美的小礼品可不在话下。　　当然，这个过程还是稍有复杂的。为了帮助更多想利用FDM桌面机进行价廉物美又有逼格创作的文艺青年们，三的部落的工程师将经验总结如下：做好事前控制!做好事前控制!做好事前控制!重要的事情说三遍!　　敲黑板，大家准备好，接下来，就要划重点啦!　　1.翘边问题　　　　现象描述：模型底部一个或多个角翘起，就无法水平附着于打印平台。所谓万事开头难，一开始就出现问题，整个作品都无法完美。　　处理方法：翘边是常见问题，往往发生于第一层塑料因冷却而收缩时。模型边缘因此而卷起。使用加热打印床，使塑料保持温度，第一层材料可平坦地附着于打印床。在打印床上均匀地涂上薄薄一层胶水，增加第一层材料的附着力。确保打印床完美水平。可能需要增加地垫，来加固打印平台的粘着力。即使有加热床，还是建议用胶水，并且调平打印平台。　　2.第一层出现问题　　　　现象描述：第一层显示半透明或者不粘底面。同第一个类似，也会经常发生于作品一开头的时刻。　　处理方法：1.上述两个问题是打印头与平台距离过近或过远，需要重新调平。2.第一层显示半透明可能出现刨料仔细观察塑料上的齿印，你会发现线材上，有些小段上没有齿印，这有可能是因为驱动齿轮刨掉了太多塑料。3.在准备下次打印的时候，打印平台要尽可能干净，建议用胶水，并且调平打印平台。　　3.打印模型发生偏移　　　　现象描述：模型在打印过程中发生偏移，可能在任何一个时间段。一旦没有及时发现阻止，就会看到类似图中现象，硬生生的改变了原来的模样。　　处理方法：1.机器设置中选择xy轴移动，打印头是否正常运动，是说明xy轴电机没问题，需要徒手试试是否能轻松移动各轴。如果感觉僵硬，或者某个方向更易/较难移动，那么在轴上抹一滴缝纫机油，反之则需要更换。2.在cura软件中找到额外设置或者Ctrl+E，把Z轴改成1或2。　　4.下陷　　　　现象描述：上表面下陷，甚至有洞。明明我想光滑如镜的，却给我一个大麻子脸，唉，不开心!　　处理方法：这个通常是由于冷却系统存在问题而造成的。上表面不够厚实平滑，观察冷却风扇是否正常运行，是把速度调到最高，有必要甚至更换风扇。　　5.拉丝　　　　现象描述：万恶的拉丝，想必是所有用过FDM桌面机的文艺青年所深恶痛绝的一个问题。模型表面出现拉丝或者很多凸点，明明是个新作品，却一不留神就被拉丝搞得像尘封了几百年蜘蛛丝都罩了一大堆的感觉，让人怎能不痛恨。就算去掉拉丝之后，表面还是会留下很多突出的小点点，让完美主义无法忍受。　　处理方法：大多数都有回抽功能。启动此功能后，如果启动还是出现此现象，增加回抽参数，这样就不会有多余的塑料材料从打印头滴落，形成拉丝了。各位青年确保在分层软件中启动此功能并观察参数就ok了!　　怎么样，是不是看着都挺简单的感觉，大家小本子都记满了吧?虽然简单，但有时没有人点拨还是要花费相当的时间和精力，乃至抓狂啊!希望我们的小小经验可以让你的创作过程更顺畅!　　来看看三的部落工程师用FDM技术3D打印桌面机的部分作品　　　　花朵造型灯，是不是很艺术呀，有没有心动呀?白天和晚上，不同的样子，你更喜欢哪个?　　　　这是一款扇子灯　　　　炯炯有神的小猴子和腼腆害羞的小兔子，卖萌储物两不误!简直就是明明可以靠脸吃饭却偏偏要靠才华的典范呀!　　　　话说关公战秦琼是唱戏，那这个绿巨人挑魔人布欧呢?　　　　热血沸腾的铁王座?这是巧克力里游了一圈?　　　　one little,two little,three little bears.找到顽皮的小熊书签了吗?　　一二三，变变变!一秒宝剑变耳环!但我不是hold姐!　　怎么样，这些分享是不是还不错?当然，这只是我们其中的一部分，以后我们会陆续分享更多，也欢迎大家与我们交流!　　回到开篇故事，扁鹊虽如此回答魏文王，其实是他有自信又谦虚的一种说法。试想如若没强大的专业知识做支撑我想是做不到在病情最严重之时收放自如的。3d打印也一样，不积跬步无以至千里不积小流无以成江海，不小瞧每一种技术，不放过每一个错误，设备，材料，应用……烂熟于心，这样才能真正让3d打印无所不能!相信这也是每一个3d人的愿望!&&|&&责编：王征
&&&&【】在尚未见到之前，想必您同我一样想一睹3D打印机的“芳容”，浏览关于3D打印机的论坛、贴吧甚至在百度搜索框中输入“3D打印机”一探3D打印机的究竟。一个个“栩栩如生”的3D打印作品映入眼帘，心里对3D打印产生着这样或那样的疑惑。3D打印的模型究竟如何出炉？事实上，3D打印的学名为增材制造技术，相比传统减材制造技术，增材制造技术是将模型一层层打印出来。就3D打印成型工艺而言五花八门，诸如：FDM、、SLS、SLM、DLP、3DP等，这些成型技术原理不一、各有特色，但无不呈现同一特性，那就是增材制造。之前笔者在《》系统解析过SLA技术的成型原理。今天，笔者将解开FDM技术成型原理的面纱。告别神秘感&揭秘3D打印技术之FDM原理●什么是3D打印技术之FDM&&&&或许你曾纠结于诸如形象各异的小装饰品究竟如何出炉，或许你曾苦思悯想搞懂3D打印技术的成型原理。究竟这些精美的打印品如何通过3D打印出现在人们面前？精美的3D打印成品&&&&今天我们来揭示作为3D打印成型技术之一的熔融沉积成型技术（FDM）。FDM是“Fused&Deposition&Modeling”的简写形式，即为熔融沉积成型。搞懂FDM成型技术，首先我们需要转变思维。通常2D打印是在一张纸上（一个平面上）完成打印，而3D打印是完成一个立体模型的打印。FDM，通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。平面数轴（左）立体数轴（右），3D打印是完成立体模型的打印工作&&&&FDM是目前3D打印机使用较广的技术，同时FDM成型技术已被Stratasys公司注册专利。基于FDM成型技术的机型在中国甚至世界3D打印机市场占有较大的比例。较为著名的FDM&3D打印机有系列、3D&Systems的Cube系列、太尔时代UP！系列、等。FDM&3D打印机&&&&当然作为成型技术的FDM同其它成型技术相比有其固有的优缺点。优点：成型精度高、打印模型硬度好、多种颜色。缺点：成型物体表面粗糙。&&&&当我们了解FDM&3D打印技术的时候，我们便不会再云里雾里了。其实，FDM成型技术较为简单，只要我们仔细想象一下便会明白其中的内涵。那么，一件件精致美观的3D打印品需要经过哪些步骤出炉的？下一页，我们将了解3D打印的成型过程。
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& >&3D打印技术 多图解读FDM 3D打印机
最普遍的3D打印 多图解读FDM技术3D打印机天极网办公外设频道 01:42
　　【天极网3D打印频道专稿】近几年，国产3D产业发展可谓是突飞猛进，生产3D打印机的厂家不断增多，呈现了良好的发展。目前，国产3D打印机主要是使用开源的技术，大多数3D打印机使用FDM技术熔积成型(FDM――Fused DepositionModeling)法，该方法使用丝状材料(石蜡、、塑料、低熔点合金丝)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高℃)，在的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成工件。
　　在西通电子上周举办的新品发布会上，西通不仅为用户带来了全新的SLA光固化3D打印机，同时还展出了其拳头产品FDM传统3D打印机，这也是目前市场中范围最为广泛的3D打印产品。
　　自从美国发明快速原型技术( Prototype)，并于1988年推出第一个商用的系统以来，各国工业界尤其是汽车行业为了保持在世界市场的竞争优势，对此崭新技术无不趋之若鹜。事实上，快速原型技术在全世界的应用得以飞速发展，其重要的原因就是在产品开发过程中节省大量时间及开发费用，从而使产品能在很短的时间抢占市场。
　　快速原型的基本原理是叠层制造。快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成制件的截面形状，而在Z座标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速原型机在成型技术上可分为FDM(Fused Deposition Modeling熔融层积成型)、LOM(Laminated Object Manufacturing叠层制造)、SLA(Stereo-Lithography立体平版印刷)、及SLS(Selective Sintering选区激光烧结)。
　　FDM熔融层积成型技术已由美国STRATASYS公司在世界发达国家注册了专利。其基本原理为FDM INSIGHT软件自动将3D数模(由CATIA或UG、PRO-等三维设计软件得到)分层，自动生成每层的模型成型路径和必要的支撑路径。材料的供给分为模型材料卷和支撑材料卷。
　　相应的热融头也分为模型材料喷头和支撑材料喷头。热融头会把ABS材料加热至°成熔融状态喷出，由于成型室保持°C，该温度下熔融的ABS材料既可以有一定的流动性又能保证很好的精度。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层。如此直到工件完成。那么今天我们就借助西通展出的FDM产品，一起来走进FDM 3D打印机的世界。
　　FDM技术利用ABS，polycarbonate(PC)，polyphenylsulfone (PPSF)以及其它材料。这些热塑性材料受到挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆栈基础上的方式，从 3D CAD资料直接建构原型。该技术通常应用于塑型，装配，功能性以及概念设计。此外，FDM技术可以应用于打样与快速制造。
　　快速原型的使用者通常会声明材料属性是最重要的考虑。致力于工业需求，符合这些预期用来生产的材料的材料属性是很重要的，而这是 FDM 技术最重要的强项之一。制造用于 FDM 技术的所有材料，每一项都是从商业上可用的热塑性树脂来生产。
　　ABS: 所有的 FDM 系列产品都提供 ABS 作为材料选项，而接近%的 FDM 原型都是由这种材料制造。使用者报告说 ABS 的原型可以达到注塑 ABS成型强度的 80%。而其它属性， 例如耐热性与抗化学性，也是近似或是相当于注塑成型的工件，其耐热度为摄氏 93.3 度。这让 ABS 成为功能性测试应用的广泛使用材料。
　　Polycarbonate: 可以在 Titan机型上使用的一种新式 RP 材料--polycarbonate C正在快速成长。增加强度的 polycarbonate 比 ABS 材料生产的原型更经得起力量与负载。许多使用者相信该材料生产的原型可以达到注塑 ABS 成型的强度特性，其耐热度为摄氏 度。
　　其它材料: FDM 技术还有其它的专用材料。这些包含 polyphenylsulfone、橡胶材质以及蜡材。橡胶材质是用来作类似橡胶特性的功能性原型。蜡材是特别设计来建立脱蜡铸造的样品。蜡材的属性让 FDM 的样品可以用来生产类似铸造厂中的传统蜡模。Polyphenylsulfone，一种应用于 Titan机型的新工程材料，提供高耐热性与抗化学性以及强度与硬度，其耐热度为摄氏.2 度。
（作者：许明责任编辑：许明）
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