基于FDM-3D打印机的一种上料装置的设计研究.pdf
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1、 装备及自动化 2023 年 第 8 期 总第 221 期 造纸装备及材料22基于 FDM-3D 打印机的一种上料装置的设计研究*谭蓉凡1,邓德轩2,魏于评1,陈海玲1,陈桁烽11.梧州职业学院,广西 梧州 5430002.梧州市第二职业中等专业学校,广西 梧州 543000摘要:3D 打印技术是一种快速、高效、个性化的制造技术,其中熔融沉积成型(FDM)3D 打印机在家庭、学校、医院等场所广泛应用。上料装置是 FDM 型 3D打印机的重要组成部分,其性能直接影响打印效率和质量。文章针对 FDM-3D 打印机的一种上料装置进行深入研究,介绍其工作原理、结构、材料、设计原则,并探讨其应用。关键词
2、:FDM-3D 打印机;上料装置;管式结构;智能上料分类号:TP334.82013 年 4 月,德国发布的工业 4.0 战略实施建议书第一次提到了“工业 4.0”,并迅速风靡全球。“工业 4.0”被看作是“第四次工业革命”,其中的“九大技术支柱”就包括 3D 打印技术。3D 打印是制造业有代表性的颠覆性技术,实现制造从等材、减材到增材的重大转变,改变了传统制造的理念和模式,具有重大意义1。2015 年 2 月,我国工业和信息化部颁布的国家增材制造产业发展推进计划(20152016 年)是 3D 打印的一个“风向标”。在这种背景下,文章提出设计一款 FDM-3D 打印机的上料装置。该项目结合职业
3、教育的教学实际,希望通过实践研究设计出一款适合教学用的 FDM 型 3D 打印机的上料装置。1 3D 打印技术概述1.1 3D 打印的定义3D 打印技术是一种通过将材料层叠起来以制造三维物体的技术,是快速成型技术的其中一种,也被称为增材制造技术.这种技术是依托数字模型文件为基础,采用可黏合的材料来逐层打印,最终获得与数字模型一模一样的产品的技术。3D 打印与传统制造方法不同,它是从零件的 CAD 实体模型出发,通过软件分层离散和数控成型系统,用层层加工的方法将成型材料堆积而形成实体零件2。是一种从“0”到“1”的加工过程。而且 3D 打印可以在不用任何夹具和工具的条件下把复杂的三维制造转化为二
4、维制造,甚至不用考虑加工工艺的复杂性,制造出任意形状的零部件,极大地提高了生产效率和制造柔性。熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)是当前应用最为广泛的 3D 打印技术,目前桌面式 3D打印机多采用此技术。FDM 打印机通过将丝状材料加热至熔点,然后将其挤出并沉积在指定的形状上。通俗地说,就是将塑料或粉末等“打印材料”装入打印机,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的三维模型变成实物产品。3D 打印技术是“增材制造”的主要实现形式,其体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合,是先进制造业的重要组成部分。1.2
5、 3D 打印技术的应用领域3D 打印技术的应用领域非常广泛,覆盖了工业制造、建筑工程、生物医疗、消费品、文化创意和数码娱乐、教育、个性化定制,甚至航空航天和国防军工也需要利用 3D 打印技术,3D 打印可以直接打印加工制造出航空航天、国防军工中所需要的复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件及机构。2 FDM-3D 打印机上料装置的研究意义随着科技的发展,3D 打印的技术运用领域越来越广泛,毫无疑问 3D 打印技术实现的重要设备是 3D 打印机3。为了改善 FDM-3D 打印机上料稳定性差、易卡料、断料或无料时空打印不报警等问题,该项目通过实践研究,设计一款适合教学用的“FDM-3D 打印文章编号
6、:2096-3092(2023)08-0022-03*基金项目:2022 年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“基于 FDM 型 3D 打印机的一种上料装置的研究与设计”(2022KY1494)作者简介:谭蓉凡,女,本科,工程师,研究方向为机械设计与制造。造纸装备及材料 第 52 卷 总第 221 期 2023 年 8 月 装备及自动化23机的上料装置”。国内外学者对 3D 打印的研究相当广泛,且形成了丰富的论文、专利等成果,但是对“3D打印机上料装置”的研究相对较少,特别是“3D 打印机上料装置”的相关论文仅有 3 篇,由此可见“3D 打印机上料装置”的设计与研究尚有较大的研究空间和研
7、究价值。3 FDM-3D 打印机和上料装置的工作原理3.1 FDM-3D 打印机的工作原理FDM 熔融沉积成型技术是将丝状的热熔性材料加热熔化,同时三维喷头在计算机的掌握下,依据截面轮廓信息,将材料选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后,机器工作台下降一个高度再成型下一层,直至形成整个实体造型。FDM 型 3D 打印机的上料装置主要由供料器、热床、喷嘴、运动系统等组成。供料器负责将丝状材料送至喷嘴,热床负责保持打印对象始终处于指定位置,喷嘴负责将材料挤出并沉积在指定的区域,运动系统则控制喷嘴的移动。工作原理是将丝状材料通过供料器送至喷嘴,材料被加热至熔点,然后通过喷嘴挤
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