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采用FDM成型技术的桌面级3D打印机

来源:杰呈3D打印 发布时间:2020/7/6 17:45:03 浏览次数:383
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3D打印技术(3D Printing),是现代制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,也是第三次工业革命的重要标志,应用前景广阔,成为先进制造技术领域的研究热点。3D打印技术又称增材制造技术,与基于“减材制造”技术的传统机加工工艺不同,它基于离散、堆积原理,利用计算机将产品的3D模型离散处理后,3D打印设备按照离散的薄层数据将熔融的打印材料逐层堆积成实体零件。3D打印技术作为想法与现实连接的桥梁,能够成型出传统加工方法难以加工的复杂结构,具有成形速度快、材料利用率高、数字化程度高、成本低等特点,与传统机加工相比,可有效的简化生产工序,缩短产品的制造周期。3D打印技术以其高性能的成型材料和多样的工艺方法被广泛应用,目前,3D打印技术己被应用在汽车制造、航空航天、生物医学、建筑艺术以及教育等领域,取得了显著的研究成果并带来巨大的经济效益。


随着3D打印技术应用领域的不断扩大,3D打印设备也朝着多元化的方向发展。目前国内外市场上的3D打印设备主要分为工业级与桌面级两大类,工业级打印设备的打印精度高,技术含量高,应用范围广,相应地设备成本也较高;相对来说,桌面级打印设备的打印效率较低,但设备成本较低,操作简单,满足普遍大众市场需求,而且多采用发展相当成熟的FDM (熔融沉积),SLA (光固化立体成形)成型方法。因此,国内外大部分企业以生产销售桌面级打印机为主,如3D Systems公司推出的Cube系列、太尔时代推出的UP系列等,一直是消费级3D打印市场的领头羊。


商用的3D打印设备主要采用解耦式的串联构型与并联式的Delta构型,这类设备以单向分层的方式进行打印,一次成型一个产品。在实际应用中,与串联构型3D打印机相比,并联式3D打印机的打印速度、精度更高,稳定性更强。单向分层的打印模式也存在一些缺陷,当成型复杂斜面曲面或二次加工时,易造成产品表面出现台阶、力学性能降低以及打印头与工件干涉等问题,为解决此类问题,人们提出多向3D打印技术。实现多向3D打印的方法主要有两种,一种是增加打印平台自由度,一种是增加打印头的自由度,如Stewart构型的多向3D打印机,打印头具有六个自由度,多向打印有效的解决了单向打印产生的问题,显著改善了产品的力学性能。但是Stewart构型属于传统的六自由度并联机构,传统的并联机构由于其本身的结构特点,普遍存在转动工作空间小的问题,所以大部分的多自由度并联机器人的市场化程度较低。


基于以上背景,以大转动工作空间的并联机构为基本构型,提出一种多输出多向3D打印机,这种打印机属于采用FDM成型技术的桌面级3D打印机,不仅可以利用一套驱动控制系统控制两个输出机构,一次同时打印两个相同的产品,还能实现多向打印,对于丰富桌面级的3D打印设备构型与提高3D打印的精度、速度、效率以及降低成本方面,具有重要的研究价值。




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