论文总字数：14210字

摘 要

FDM(熔融沉积成型)技术是目前市场中最常见的3D打印技术。与其他3D打印技术相比，FDM技术具有成本低、成型材料范围广、设备体积较小、原料利用率高、后处理简单、环境污染小等优点。FDM 3D打印机打印基本流程为：首先制作模型，接着将模型作切片处理，最后使用打印机完成打印。相较于普通单喷头3D打印机，双喷头3D打印机可以打印双色模型，并且具有成本低、精度较高、工作稳定等优点，具有很高的实用价值。

本课题的主要任务是完成260mm*340mm*340mm的FDM双喷头3D打印机的设计、建模及仿真。对滚珠丝杠、电机、联轴器等部件进行选型，使其能满足双喷头打印机的使用要求。利用三维建模软件Creo进行各个零件的建模，并完成打印机的总体装配。最后进行3D打印机的仿真，检查是否有干涉或死点。

关键词：Creo FDM打印 打印机结构设计

Structural design of double-nozzle 3D printer based on FDM process

Abstract

FDM(Fused Deposition Molding)technology is currently the most common three-dimensional(3D) printing technology in the market．Compared with other 3D printing technologies，FDM technology has the advantages of low cost，wide range of molding materials，small equipment volume，high raw material utilization rate，simple post-processing and low environmental pollution．The basic printing process of FDM 3D printer is as follows：first make the model，then slice the model，and finally use the printer to complete the printing．Compared with the ordinary single-nozzle 3D printer，the double-nozzle 3D printer can print two-color models，and has the advantages of low cost，high precision and stable operation．And so it has high practical value．

The main task of this project is to complete the design，modeling and simulation of 260mm*340mm*340mm FDM double-nozzle 3D printer．The ball screw，motor，coupling and other components are selected so that they can meet the requirements of double-nozzle printers．The 3D modeling software Creo was used to model each part and complete the overall assembly of the printer．Finally，the 3D printer is simulated to check whether there is interference or dead point．

Key Words：Creo；FDM printing；Printer structure design

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.2 本文主要研究内容 5

1.2.1 全文组成结构 5

1.2.2 基于FDM工艺的3D打印机机械结构的三维设计具体步骤 5

第二章 3DFDM基本原理 6

2.1 FDM打印原理 6

2.2 双喷头FDM打印的优势 6

2.3 双喷头结构 7

第三章 打印机零部件选型与建模 8

3.1 打印机基本功能参数 8

3.2 主要结构特征及其运动实现 8

3.2.1 双喷头结构 8

3.2.2 打印平台结构 9

3.3 电机、丝杠选型与经济性分析 10

3.3.1 步进电机选型 10

3.3.2 丝杠选型 10

3.3.3 联轴器选型 13

3.4 各主要零部件建模与整机装配 15

3.4.1 滚珠丝杠及电机建模 15

3.4.2 打印喷头建模 20

3.4.3 打印平台建模 25

3.4.4 打印机总体装配 26

3.4.5 3D打印机仿真 32

第四章 总结与展望 34

4.1 总结 34

4.2 展望 34

参考文献 35

致谢 38

绪论

国内外研究现状

随着科技的不断发展,处理器芯片性能不断增强，3D打印的实现变得简单方便，大量桌面型3D打印机已经从工业逐渐步入千家万户。

现如今，3D打印机及其打印材料的研究有了非常大的进展，在专业3D打印机发展的同时，桌面级3D打印机也开始发展起来，这也是现在打印技术发展的一大趋势。个人桌面型3D打印机价格相对而言比较低廉，同时具有比较高的可靠性和稳定性，其市场份额也在不断扩大。国内3D打印发展普遍比国外要晚一些，在3D打印方面，国外仍处于领先水平。随着对产品外观质量等各方面的要求，单喷头打印机存在支撑难以去除、只能单色打印等缺点，因此双喷头乃至多喷头打印机逐渐出现并取得了比较快的发展。

孙君雨^[1]对比分析了单喷头和双喷头的结构和特点，针对单喷头打印的各种缺点，设计了双喷头打印机。对喷头进行了结构设计和热影响分析，并设计了打印机的控制系统。最后通过实验验证了设计方案的可行性。

图1-1 双喷头打印原理 图1-2 双喷头打印机

钱毅杰^[2]等介绍了3D打印的现状及发展趋势。首先介绍了3D打印的分类，具体介绍了FDM工作原理；接着介绍了FDM和EBSM技术的应用；然后阐述了3D打印的发展现状和当前所遇到的拦阻；最后对无支撑化3D打印技术的实现进行了展望。

张海强^[3]等具体分析了双喷头的两个核心部件：送丝机构和切换机构。创造性的使用普通的三角形螺纹来实现螺纹式送丝。这种螺纹比较容易加工，同时由于是三角螺纹，丝料和螺纹之间的接触面积比较大，从而使得受力比较均匀，因此不会损伤丝料。作者设计了双喷头方案，通过使用一动一静两个喷头，就可以仅通过切换活动喷头的高度，来切换两个喷头之间的高度差。最后作者为活动喷头提供了锁定、回弹等一系列措施，确保了喷头有着比较高的定位精度，同时也确保了喷头打印时的可靠性。

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