摘 要

为了进行3D打印机的性能分析，本课题从3D打印机的机械结构着手，研究考虑影响3D打印机打印精度的机械结构并分析原因提出改进以提高3D打印机的打印精度。当前，市场上的主流3D打印机的结构大概分为三角式结构、三角洲结构和箱体结构。其中普及性又以prusaI3结构为代表的三角式结构为最。目前大多数3D打印机初学使用的都是prusaI3型打印机来帮助他们走入3D打印的世界。

对prusaI3结构的简单分析，我们可以初略地判断得到在3D打印机的喷头系统所在的光杆导轨以及底座基板的光杆导轨会有较大的应力以及形变产生，可能会对打印机的打印精度造成影响，经过建模分析后得出结果，喷头系统所在的导轨的形变对打印精度产生较大影响，底座基板的导轨产生的形变对于打印精度的影响可以忽略不计。改进方案有两种，第一种增加喷头系统的光杆导轨，仿真计算之后发现对于形变的提升并不理想。第二种将喷头系统分离，将质量较大的送料系统分离出来，仿真计算之后，光杆导轨的形变有了明显改善。

本课题的研究为3D打印机的成型精度的提升提供了参考方向，有着较高的参考价值。

关键词：3D打印机，机械结构，有限元分析，优化设计

ABSTRACT

In order to study and analyze the performance of 3D printer, starting from the mechanical structure of 3D printer, the stability of each structure of the printer and its influence on the forming accuracy of 3D printer are studied. Currently, the structure of mainstream 3D printers in the market can be divided into triangle structure, delta structure and box structure. Among them, the triangle structure represented by prusaI3 structure is the most popular. Most 3D printers currently use prusaI3 printers to help them enter the 3D printing world.

At the beginning of the simple analysis of prusaI3 structure, we can just to get the 3 d printer nozzle system in the polished rod guide and the base substrate of the polished rod guide will be a large stress and deformation, may affect the printer to print accuracy, after modeling analysis results, the deformation of sprinkler system in the guide rail have great influence on the printing accuracy, the base substrate of guide rail deformation for printing precision influence can be neglected. There are two kinds of improvement schemes. The first one is to increase the polished rod guide rail of sprinkler system. After the simulation calculation, it is found that it is not ideal for the lifting of deformation. The second one is to separate the nozzle system and separate the mass feeding system. After the simulation calculation, the deformation of the smooth rod guide rail has been improved obviously.

The research of this topic provides a reference direction for the improvement of the molding accuracy of 3D printers and has a high reference value.

Key words: 3D printer, mechanical structure, finite element analysis, optimization design

目录

第一章 绪论 1

第二章3D打印机分类及应用领域 3

2.1 打印机结构分类 3

2.1.1 Prusa i3结构 3

2.1.2 Delta三角洲机型 5

2.1.3 箱体结构 6

2.2研究目的及意义 9

第三章 3D打印机模型构建及分析 10

3.1 3D打印机模型选取 10

3.2 3D打印机结构分析工具介绍 10

3.2.1软件介绍 10

3.2.2原理分析 11

3.3 3D打印机结构化建模 13

3.3.1 3D打印机喷头结构分析 13

3.3.2 3D打印机喷头结构优化 15

3.3.3 3D打印机底座结构分析 19

第四章结论与展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 3D打技术发展现状
近几年，3D打印的热潮席卷全球，从3D打印技术问世，人们关于它的讨论便从未停歇。我们在各种媒体传播上都能看到3D打印的影子。3D打印技术发展至今，已经可以应用在多个重要领域，并在未来有着不可估量的发展前景。
  3D打印技术在20世纪80年代时问世，它是一种结合计算机技术和材料成型应用的全新的技术。因为其制造工艺的原理是通过将材料一点点累加起来达到造型的目的，故又被命名为增材制造^[1]。通过分析需要打印的物体模型，再根据计算机得到的三维模型图反应至打印系统进行打印。而根据三维模型的获取方式不同主要有两种，一种是反求法，顾名思义，这种方法是通过对实物进行扫描得到模型的三维数据，然后将三维数据导入到计算软件经过计算在计算机上转化成三维模型。另外一种则是设计法，与反求法不同，设计法没有现有的实体模型，它的三维模型的建设主要是根据模型的使用需求，在三维设计软件设计产品，得到三维数据模型，然后将数据分析处理之后导入到打印系统，经打印系统的分层处理之后，得到二维平面上的数据，当打印机处理完一层的二维数据后，继续加载处理下一层，就这样一层接一层打印下去，直至整个打印过程结束^[2]。

1.2 国内外发展