FDM型双色3D打印机的改造

《FDM彩色3D打印机系统设计与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，3D打印技术已经成为一种创新性的制造技术，广泛应用于各个领域。

FDM（熔融沉积造型）作为3D 打印的一种主流技术，因其操作简便、成本低廉等特点被广大用户所喜爱。

近年来，随着市场需求不断增长，对3D打印机的功能和性能要求也在逐步提高。

因此，本文设计了一款具有彩色的FDM 3D打印机，并进行详细的系统设计与仿真。

二、系统设计（一）硬件设计1. 打印平台：采用高精度的加热平台，确保打印过程中模型的稳定性。

2. 喷头：选用高质量的喷头材料，具备高精度、耐高温等特性。

喷头采用多色切换设计，以实现彩色打印。

3. 控制系统：采用高性能的主控芯片，具备高速度、高精度的控制能力。

同时，配备友好的人机交互界面，方便用户操作。

4. 驱动系统：采用高精度的步进电机和驱动器，确保打印过程中的精确度和稳定性。

（二）软件设计1. 切片软件：将三维模型转化为打印机的运动指令。

该软件需具备高效的算法，以确保打印过程中模型精度和效率。

2. 控制软件：负责控制整个打印过程，包括温度控制、运动控制等。

同时，还需具备故障诊断和报警功能，确保打印过程的安全性。

三、系统仿真为验证设计的可行性及性能表现，本文对FDM彩色3D打印机进行了系统仿真。

仿真过程包括机械结构仿真、热力学仿真和运动控制仿真等。

（一）机械结构仿真通过有限元分析软件对打印机的机械结构进行仿真分析，验证了结构的稳定性和可靠性。

同时，对关键部件如喷头、驱动系统等进行仿真分析，确保其满足高精度、高效率的打印需求。

（二）热力学仿真为确保打印过程中模型的加热和冷却过程顺利进行，本文对打印机的热力学性能进行了仿真分析。

通过模拟不同材料的加热和冷却过程，验证了加热平台的温度控制精度和均匀性。

（三）运动控制仿真为验证控制系统的精确度和稳定性，本文对运动控制系统进行了仿真分析。

通过模拟打印过程中的运动轨迹和速度变化，验证了驱动系统和控制算法的准确性和可靠性。

《FDM彩色3D打印机系统设计与仿真》篇一一、引言随着科技的发展和数字化的趋势，3D打印技术越来越受到广泛关注。

其中，FDM（熔融沉积建模）技术以其简单、低成本和易于维护的特点，成为目前最常用的3D打印技术之一。

本文将详细介绍FDM彩色3D打印机系统的设计与仿真过程，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。

二、系统设计1. 硬件设计FDM彩色3D打印机的硬件设计主要包括打印机的机械结构、喷头、加热系统、控制系统等部分。

（1）机械结构：采用稳定可靠的XYZ轴运动结构，确保打印过程的稳定性和精度。

同时，为了方便操作和维护，设计有易于拆卸的打印平台和可调节的喷头高度。

（2）喷头：采用高质量的喷头材料，具备高温耐腐蚀性能。

喷头设计为多色喷头，以实现彩色打印功能。

（3）加热系统：包括喷头加热和平台加热两部分。

喷头加热系统用于将塑料材料熔化，平台加热系统则用于提高打印平台的温度，以防止打印件在打印过程中脱落。

（4）控制系统：采用高性能的主控芯片和稳定的驱动电路，实现精确的XYZ轴运动控制和喷头加热控制。

同时，配备友好的人机交互界面，方便用户进行操作和设置。

2. 软件设计软件设计主要包括控制系统的编程和仿真软件的开发。

（1）控制系统编程：采用易于编程和调试的编程语言，实现喷头运动、加热、送料等功能的控制。

同时，具备错误检测和报警功能，确保打印过程的稳定性和安全性。

（2）仿真软件的开发：用于对FDM彩色3D打印机的运动过程、温度控制、材料熔化等过程进行仿真。

通过仿真，可以预测打印过程中可能出现的问题，提前进行优化和调整，提高打印质量和效率。

三、仿真分析通过仿真软件对FDM彩色3D打印机的运动过程、温度控制、材料熔化等过程进行仿真分析。

1. 运动过程仿真：通过模拟XYZ轴的运动过程，验证机械结构的稳定性和精度。

同时，通过仿真分析喷头的运动轨迹和速度，优化喷头的运动规划，提高打印速度和精度。

2. 温度控制仿真：通过模拟加热系统和温度传感器的工作过程，验证温度控制的稳定性和准确性。

DIGITAL PRINTING Tol.208 No.5 2020.10数字印刷 2020年第5期（总第208期）ADDITIVE MANUFACTURING RESEARCH SPECIAL增材制造研究专题FDM型多喷头3D打印机设计与分析冯 韬，陈继飞，王 超，刘 斌，陈文刚（西南林业大学 机械与交通学院，昆明 650224）摘要 为解决现有FDM 型3D 打印机不能同时打印多种材料、多种颜色的问题，本研究在现有3D 打印机结构基础上，改进设计了一种多喷头3D 打印机。

基于UG 以及COMSOL 软件建立其三维模型并对其进行结构仿真分析、打印运动分析以及控制结构设计分析研究。

结果表明，该FDM 型多喷头3D 打印机具有高效率、低成本、可同时进行多材料和多颜色打印的优点，为今后多喷头3D 打印机研究提供一定思路。

关键词 FDM ；多喷头3D 打印机；结构设计；运动分析中图分类号 TH122 文献标识码 A 文章编号 2905-9540(2020)05-53-09DOI 10.19370/10-1304/ts.2020.05.007Design and Analysis of FDM Multi-nozzle 3D PrinterFENG Tao, CHEN Ji-fei, WANG Chao, LIU Bin, CHEN Wen-gang(College of Machinery and Transportation , Southwest Forestry University , Kunming 650224, China )Abstract To solve the problem that the existing FDM 3D printer cannot print multiple materials and multiple colors at the same time, based on the existing 3D printer structure, a FDM multi-nozzle 3D printer was designed. A 3D model was built by the software UG and COMSOL, and analyses of structural strength, movement mode and control mode were completed. The results showed that the designed FDM multi-nozzle 3D printer has the advantages of high efficiency, low cost and can print multiple materials and multiple colors at the same time. This research provides some ideas for the future research of 3D printer with multi-head.Key words FDM; Multi-nozzle 3D printer; Structure design; Motion analysis0 引言在日益全球化的今天，制造业正向数字化和智能化方向飞速发展，3D 打印技术作为数字化精确控制下的快速成型制造方式，引领着智能制造技术发展的浪潮[1-2]。

科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision 科技视界(上接第61页)公益服务的认知,提高其社会实践能力和就业能力,促进我国高校教育和社会公益事业的快速发展。

[1]孔伟英,张雯静.大学生公益观教育的意义与实践[J].当代青年研究,2015,01:112-116.[2]陆亚男.大学生公益活动研究[D].东北林业大学,2013.[3]大学生的人际期望与心理健康研究[D].广西师范大学,2008.[4]黄婷婷,罗国斌.刍议大学生公益精神培育[J].新西部,2014,08:128+116.[5]刘彦华,朱丽娜,杜卉.教师期望理论与学生发展关系研究现状及走向[J].内蒙古师范大学学报:教育科学版,2007,03:90-92.[6]张汉强.论当代社会对大学生的角色期望[J].当代教育理论与实践,2012,02:65-66.[责任编辑:汤静]3D 打印思想起源于19世纪末的美国,并在20世纪80年代得以发展和推广发展至今,3D 打印机的种类也有很多。

3D 打印技术的类型来看,主流技术包括SLA、FDM、SLS、3DP、LOM 等。

而FDM(Fused Deposition Modeling)是把塑料熔化成半融状态拉成丝,用线来构建面,一层一层堆积起来的。

FDM 的原理就像蚕吐丝或挤牙膏一样简单,无需激光系统的搭配,因而在现在的市场上的桌面级3D 打印机大多采用这样的工艺。

从色彩种类的发展角度来看,分为单色和多色打印。

从最初的单色打印变成现在的多色打印,技术一直在不断的更新中。

但是3D 打印的多色打印也伴着多个喷头,然而每多一个喷头,所带来的技术性和经济性就会大幅度的增加,所以人们一直在不断的探索。

不断的趋于功能多样化和结构的创新化。

在传统的并联臂3D 打印机当中每个喷头是专门输出一种色调,虽然单个喷头能够实现每一次的单色打印,而打印的色调完全是由打印前的装料决定的。

FDM型混色3D打印机的设计
沈冰夏;管宇鹏
【期刊名称】《北京信息科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(031)005
【摘要】针对目前桌面级3D打印机普遍仅支持单色打印的问题,在熔融挤压堆积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)并联臂单色3D打印机的基础上通过改进喷头结构、编写上位机控制软件,实现了一种无需更换喷头、耗材,无需后处理,可一次成型多色、渐变色的3D打印方案.将单进料—单挤出喷头改进为双进料—单挤出结构,通过上位机软件设置2种不同颜色耗材的送料比例,不同颜色和比例的耗材在加热块内熔融后再通过单喷头挤出便可打印出不同的颜色.上位机控制软件还具有自定义混色方案、混色效果预览的功能.
【总页数】4页(P60-63)
【作者】沈冰夏;管宇鹏
【作者单位】北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101;北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101
【正文语种】中文
【中图分类】TP302
【相关文献】
1.FDM型3D打印机的设计与优化 [J], 沈林; 王图南; 周佳恺
2.基于FDM型3D打印机喷嘴温度系统的PID优化设计 [J], 罗俊; 李富春; 陈常
标; 岳超; 冯晨伟
3.基于Arduino的FDM型3D打印机设计与应用 [J], 张操
4.FDM型3D打印机的设计与优化 [J], 沈林; 王图南; 周佳恺
5.基于FDM型3D打印机机械结构设计及优化 [J], 邢小颖;马运;王龙兵;汤彬;姚启明;徐江波
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《FDM彩色3D打印机系统设计与仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，3D打印技术已经逐渐成为现代制造业中不可或缺的一部分。

FDM（熔融沉积造型）技术作为3D打印的一种主流技术，具有低成本、高效率和易操作等优点。

近年来，彩色3D打印技术逐渐成为研究的热点，其在工业设计、模型制作、艺术品制作等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在详细介绍FDM彩色3D打印机系统的设计与仿真过程，为相关研究提供参考。

二、系统设计1. 硬件设计FDM彩色3D打印机的硬件设计主要包括打印平台、喷头、供料系统、驱动系统和控制系统等部分。

其中，喷头是打印机的核心部件，负责将熔融的塑料挤出并沉积在平台上形成实体。

为了实现彩色打印，喷头需采用多色喷嘴，通过切换不同颜色的塑料材料进行打印。

供料系统则负责为喷头提供稳定的塑料材料。

驱动系统包括电机和传动装置，负责控制打印机的运动。

控制系统则负责协调各部分的工作，实现打印过程的自动化。

2. 软件设计软件设计主要包括打印机的控制算法和仿真软件的开发。

控制算法负责控制喷头的运动轨迹和挤出速度，以实现精确的打印。

仿真软件则用于模拟打印过程，帮助设计者在正式打印前验证设计的可行性和优化打印参数。

三、系统仿真为了验证设计的可行性和优化打印参数，我们采用了系统仿真的方法。

仿真过程主要包括建立模型、设置参数、运行仿真和结果分析等步骤。

1. 建立模型首先，根据设计要求建立3D打印机的三维模型。

模型应包括打印平台、喷头、供料系统、驱动系统和控制系统等部分。

在建模过程中，需要考虑各部分的结构和功能，确保模型的准确性和可靠性。

2. 设置参数根据仿真需求，设置相关的参数。

这些参数包括喷头的温度、挤出速度、运动轨迹、塑料材料的性质等。

通过调整这些参数，可以模拟出不同的打印过程和结果。

3. 运行仿真运行仿真程序，观察打印过程的模拟结果。

通过仿真结果，可以分析设计的可行性和优化打印参数。

例如，可以通过观察喷头的运动轨迹和挤出速度，判断是否存在卡滞或挤出现象；通过观察打印结果的表面质量和尺寸精度，评估设计的优劣。