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基于FDM技术的3D打印机机械结构设计文献综述

一、前言

3D打印技术是一种采用“增材制造”的三维制造技术。其思想源于1989年的美国麻省理工学院，并在20世纪后期得到了发展^[１~２]。其制造方式是将三维模型转换为数据，采用分层加工、叠加成型的方式构建三维实体。

3D打印技术具有成型速度快、操作简单、通用性高等优点。3D打印技术降低了制造业从业人员的技术门槛，也在企业的生产运作管理方面降低了资金投入，有利于实现制造业结构调整^[３]。在我国，由于国家相关政策对制造业的支持，为3D打印技术的发展提供了良好的条件。同时，3D打印的生产模式在工业制造中越来越受到重视。3D打印技术在商业中也有广泛的应用，拉动了整个3D打印产业链的发展，“互联网 3D打印机”的商业模式是新兴商业服务模式，是对传统商业服务模式的极大变革。

1.1 3D打印机的分类

本文根据技术分类将3D打印机分为6种。第一种是FDM打印机，第二种是SLA打印机，第三种是SLS打印机，第四种是DLP打印机，第五种是3DPG打印机，第六种是Playjet打印机^[４]。表一是各种3D打印设备对比图^[５]。

1.2 3D打印机的工作原理

3D打印机(3D Printers)又称三维打印机，是一位名为恩里科●迪尼(Enrico Dini)的发明家设计的一种神奇的打印机。它的神奇之处在于，可以根据需要使用3D辅助设计软件，打印出需要的构造复杂的小汽车或者是简单的鞋子。3D打印机的原料多种多样，如橡胶、塑料、蜡质材料甚至是金属，可以利用各种原料直接打印三维立体模型，也可以通过创新设计出符合人类需求的各种形状的产品。

3D打印机不同于传统的去除材料加工技术，它是通过连续的物理层创建的，隶属于添加剂制造技术的一种。与其他的添加剂制造技术相比较，3D打印机目前具有高运行速度、超低价格、易用性等明显的优点。具体的过程是，以通过计算机建模软件建构的三维模型，根据工艺要求在第一构建体中，再按照一定的规律把有序序列的单位进行离散，它通常是在Z方向离散到一定厚度时，把原来的三维CAD模型变成一系列的层片，基于每个层所述，输入处理参数，由系统的轮廓信息来生成数控代码，最后将连接起打印出的一系列片层，并形成一个三维模型。首先通过建模软件模型内置，构建成一个立体的分区步骤模型进一步横截面以引导逐一层面打印^[６]。

国内外研究概况

2.1 3D打印的历史和回顾

3D打印自起诞生以来一直备受推崇，其极大缩短产品的生产周期、提高生产率的优点吸引着各制造领域的关注以及应用。

据悉，全世界第一台3D打印机最早出现在1986年;