三维打印机喷头的驱动系统
- 格式:pdf
- 大小:280.01 KB
- 文档页数:3
建工
打印机主要结构组成部件介绍
打印机在整个系统中,主要系统是通过机械、控制及计算机技术等为一体的机电一体化系统。
主要部件有:运动系统、喷头结构、数控模块、成型环境模块等组成。
运动是打印机进行三维制件的基本条件。
轴组成平面扫描运动框架,由伺服电机驱动控制喷头的扫描运动轴由伺服电机驱动控制工作台做垂直于平面的运动。
扫描组织具有良好的随动性几乎不受载荷,但运动速度较高,具有运动的惯性。
轴应具备一定的承载能力和运动平稳性。
因此,在系统中,轴组织选用导轨同步齿形带轴组织选用光杆同步齿形带轴组织选用扭矩力较大的伺服电机驱动装置杆。
()成型工作缸:在缸中完成零件加工,工作缸每次下降的距离即为层厚。
零件加工完后,缸升起,以便取出制造好的工件,并为下一次加工做准备。
工作缸的升降由伺服电动机通过滚珠丝杆驱动。
()供料工作缸:提供成型与支撑粉末材料。
()余料回收袋:安装在成型机壳内,回收铺粉时多余的粉末材料。
()铺粉辊装置:包括铺粉辊及其驱动系统。
其作用是把粉末材料均匀地铺平在工作缸上,并在铺粉的同时把粉料压实。
()喷头:在工作缸内喷射成型时的粘接剂,粘接不同层之间的粉料,是三维打印快速成型的关键部件。
()三维传动系统:带动喷头小车在,方向做二维平面运动,驱动成型工作缸和供料工作缸在轴方向做上下运动。
()机身和机壳:机身和机壳给整个快速成型系统提供机械支撑和所需的工作环境。
1 / 1。
《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关注,特别是基于熔融沉积造型(FDM)的彩色3D打印机在许多领域具有广泛的应用。
本文旨在介绍FDM彩色3D打印机的系统设计、工作原理和仿真结果。
我们详细地讨论了打印机的关键部分设计、系统架构以及仿真结果,为读者提供一个全面而深入的理解。
二、系统设计1. 总体设计FDM彩色3D打印机的设计主要基于熔融沉积造型(FDM)技术。
该系统主要由四个主要部分组成:挤出机系统、运动系统、控制系统和热源系统。
挤出机系统负责将塑料加热至熔融状态并送至喷头;运动系统控制喷头的移动路径;控制系统则负责整个系统的协调和控制;热源系统则提供必要的热量以维持塑料的熔融状态。
2. 挤出机系统设计挤出机系统是FDM彩色3D打印机的核心部分之一。
我们设计了一种新型的挤出机,该挤出机使用步进电机驱动螺杆,通过精确控制螺杆的旋转速度和力度,实现塑料的均匀送出和熔融。
此外,我们还设计了一种多色塑料储存和混合系统,使得打印机能够同时使用多种颜色的塑料进行打印。
3. 运动系统设计运动系统由三个轴组成:X轴、Y轴和Z轴。
每个轴都由步进电机驱动,通过精确控制电机的旋转角度和速度,实现喷头的精确移动。
我们采用高精度的导轨和轴承,保证打印过程中的稳定性和精度。
4. 控制系统设计控制系统是整个打印机的“大脑”,我们使用高性能的单片机作为主控制器,通过编程实现对整个系统的控制和协调。
此外,我们还设计了友好的人机交互界面,使得用户可以方便地设置和控制打印机的各项参数。
5. 热源系统设计热源系统主要用于提供足够的热量使塑料达到熔融状态。
我们采用高效加热元件配合智能温度控制系统,保证温度的稳定性和精确性。
此外,我们还设计了热隔离系统,防止热量对其他部分的影响。
三、仿真结果我们使用专业的仿真软件对FDM彩色3D打印机的关键部分进行了仿真分析。
仿真结果表明,我们的设计在结构上具有较高的稳定性和精度,能够满足3D打印的需求。
三维打印机喷头自动清洗控制系统摘要:在三维打印过程中,保持喷头清洁是保障精确喷墨的关键。
本文提出了微滴喷射喷头的自动清洗控制系统,主要针对微滴喷射喷头堵塞时温度进行分析,从而控制喷头自动清洗。
关键词:温度检测;位置检测;清洗控制;单片机编程Abstract:In the process of 3d printing,keeping the nozzle clean is the key to ensure accurate inkjet.An automatic cleaning control system for droplet nozzle is proposed in this paper.This paper mainly analyzes the temperature of the droplet jet nozzle when it is blocked,so as to control the moving of the ink truck to the cleaning tank for cleaning.Key words:temperature measurement,position detection,control of cleaner,MUC programming1 温度检测本系统采用温度检测的方法判断微滴喷射喷头是否堵塞。
温度检测电路如图1所示。
该电路采用了NTC温度传感器检测温度,通过采集到的电压输入到单片机模拟接口,对数据进行处理和分析以后,输出信号至上位机端。
图3 清洗装置示意图图4单片机流程图Fig.3 Diagram of cleaning device Fig.4 MCU flow chart4 单片机控制本系统中需要用到单片机进行信号的分析和处理,采用的单片机为16位超低耗MSP430F5438A。
4.1 温度检测AD转换温度检测电路输出端信号电压变化范围为0~5V,对该信号进行分压后,使输入到单片机的信号为0~3V。
3d打印头工作原理
3D打印头是用于将原材料(通常是塑料)加工成3D打印产
品的关键部件。
它的工作原理可以分为以下几个步骤:
1. 材料供给:3D打印头通过供料系统将塑料原料颗粒或线材
供给到打印头内部。
2. 加热和熔化:供给到打印头的塑料原料会经过加热系统,在高温下熔化成液态状态。
加热系统通常包括加热器和热敏电阻,通过控制加热器的温度,可实现不同材料的熔融。
3. 喷嘴控制:熔化的塑料通过喷嘴被控制出来,通常采用电机或伺服系统来控制喷嘴的位置和运动轨迹。
喷嘴的直径决定了打印出来的物体的精度和细节。
4. 层层积累:打印头按照预先设定的路径和轨迹在工作台或打印床上加工打印对象。
打印头会在每一层打印结束后,将工作台/打印床向下移动一层,继续打印下一层,直到打印完整个
对象。
5. 冷却和固化:打印头将熔化的塑料喷射到正确位置后,快速冷却和固化。
在进行下一层打印之前,需要确保当前层已经完全固化和稳定,以确保打印物体的结构和稳定性。
总的来说,3D打印头通过控制喷嘴位置、塑料供给、加热和
熔化、以及层层堆积的方式,实现了将塑料原材料加工成3D
打印对象的工作原理。
这种技术可以应用于多种领域,包括原型制作、零件制造、医疗器械等。
打印喷头原理
打印喷头是喷墨打印机中的核心部件,它负责将墨水喷射到纸张上,完成打印任务。
喷头的原理是通过控制墨水的喷射,实现图像或文字的打印。
下面将详细介绍打印喷头的工作原理。
首先,打印喷头是由许多微小的喷孔组成的。
这些微小的喷孔被称为喷嘴,它们通过一个精密的控制系统来控制墨水的喷射。
当打印机接收到打印指令后,控制系统会根据图像或文字的要求,精确地控制每个喷孔的喷墨量和喷墨位置。
其次,打印喷头内部有一个墨水储存室,墨水通过喷墨管道被输送到喷孔处。
在喷孔处,墨水被压力驱动,从而形成微小的墨水喷射。
这些微小的墨水颗粒被喷射到纸张上,形成图像或文字。
此外,打印喷头的喷墨控制系统是通过微电子技术来实现的。
喷头内部有微小的电磁铁,通过控制电磁铁的通电和断电来控制喷孔的开启和关闭。
这种精密的控制系统可以实现高速、高精度的喷墨,从而完成高质量的打印任务。
最后,打印喷头的工作原理还涉及到墨水的特性。
墨水的粘度、表面张力等特性会影响喷墨的效果。
因此,打印喷头的设计需要考虑墨水的特性,以确保喷墨的稳定性和清晰度。
总的来说,打印喷头是通过控制微小的喷孔,利用墨水的压力驱动和精密的控制系统,实现图像或文字的精准打印。
它是喷墨打印技术中至关重要的部件,直接影响打印质量和效率。
随着科技的不断进步,打印喷头的设计和制造技术也在不断提升,为用户提供更加优质的打印体验。
《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打印技术已成为现代制造业的重要一环。
其中,FDM(熔融沉积建模)技术以其简单、低成本、易于操作等优点,在3D打印领域中占据重要地位。
本文将详细介绍FDM彩色3D打印机系统的设计与仿真过程,旨在为相关研究与应用提供参考。
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平台、喷头、供料器、驱动系统等部分。
其中,喷头是核心部件,负责将热塑性材料加热至熔融状态并挤出,形成3D打印的实体。
供料器则负责为喷头提供稳定的材料供给。
此外,驱动系统需保证打印过程中的精确运动。
在硬件设计中,我们采用了高精度的步进电机和导轨,以确保打印过程中的精确度和稳定性。
同时,为了实现彩色打印,我们设计了多喷头系统,每个喷头负责不同颜色的材料。
此外,我们还采用了智能温度控制系统,确保喷头在不同颜色材料切换时能迅速达到合适的温度。
2. 软件设计软件设计是FDM彩色3D打印机的另一重要部分,主要包括控制系统和数据处理系统。
控制系统负责接收计算机发送的打印指令,并控制硬件设备完成打印任务。
数据处理系统则负责对3D 模型进行切片处理、路径规划等操作。
在软件设计中,我们采用了开源的3D打印控制软件,如Marlin或Klipper等。
同时,为了实现彩色打印功能,我们开发了相应的数据处理软件,支持多种颜色模型的导入和切片处理。
此外,我们还采用了用户友好的界面设计,方便用户进行操作和设置。
三、仿真分析为了验证FDM彩色3D打印机系统的设计效果,我们进行了仿真分析。
首先,我们建立了系统的数学模型,包括硬件和软件的各部分模型。
然后,我们利用仿真软件对系统进行了仿真测试,分析了系统的性能指标如精度、速度、稳定性等。
仿真结果表明,我们的FDM彩色3D打印机系统具有良好的性能表现。
在精度方面,我们采用了高精度的步进电机和导轨,确保了打印过程中的精确度和稳定性。
在速度方面,我们的系统能够在短时间内完成大量的打印任务。
3d打印机喷头原理
3D打印机喷头是3D打印技术的核心部件之一,它负责将材
料按照设计要求逐层喷射或挤出,形成三维实体。
喷头的原理主要涉及材料供给、加热与喷射控制。
首先,材料供给是喷头的关键功能之一。
常用的3D打印材料
包括热塑性塑料、金属粉末、陶瓷材料等。
喷头通过一根细管道将材料引入到喷嘴内部。
对于热塑性塑料等可塑性材料,喷头通常会将材料加热至一定温度,使其变得可塑并易于挤出。
其次,加热是实现材料挤出的重要过程。
喷头通常搭配加热器件,通过加热使材料达到特定的熔融状态。
不同材料需要不同的加热温度,因此喷头的加热控制系统非常重要。
加热过程中,喷头通过控制材料的流动性和粘度,以确保喷出的材料具有较高的精度和粘附性。
最后,喷射控制是喷头的核心工作之一。
喷头通常搭配运动控制系统,根据三维模型的设计要求和路径规划进行精确的喷射控制。
这包括喷嘴的运动速度、挤出量的控制以及喷头的喷射角度等。
喷头通过精确的控制实现材料的均匀喷射,从而构建出精细的三维结构。
综上所述,3D打印机喷头的原理主要涉及材料供给、加热和
喷射控制。
喷头通过控制材料的供给和加热状态,以及精确的喷射控制,实现了高精度和高粘附性的三维打印。
3D打印机工作原理3D打印机是一种通过逐层堆叠材料来制造物体的先进技术。
它使用计算机辅助设计(CAD)软件将数字模型转换为可打印的文件,并通过控制打印头的运动和材料的沉积来逐层构建物体。
下面将详细介绍3D打印机的工作原理,包括硬件组件和工作流程。
一、硬件组件1. 打印头:打印头是3D打印机的核心部件,它负责将材料沉积到正确的位置。
打印头通常由喷头和挤出机构组成,可以精确地控制材料的流动。
2. 打印床:打印床是3D打印机的工作平台,用于支撑正在打印的物体。
打印床通常由加热平台和粘附表面组成,以确保打印物体的粘附性和平整度。
3. 控制系统:控制系统是3D打印机的大脑,负责接收并解析CAD文件,并控制打印头和打印床的运动。
控制系统通常由主板、驱动器和传感器组成。
4. 材料供给系统:材料供给系统负责将打印材料供给到打印头。
不同的3D打印技术使用不同的材料供给系统,例如挤出式打印机使用塑料丝材料,激光烧结式打印机使用金属粉末材料。
二、工作流程1. 创建3D模型:首先,使用CAD软件创建或下载所需的3D模型。
这个模型将成为打印物体的数字表示。
2. 准备打印文件:将3D模型导入到切片软件中,该软件将模型切割成薄片,生成每个切片的打印路径和材料沉积信息。
这些信息将被转换为可打印的文件格式,如G代码。
3. 设置打印机参数:在切片软件中,设置打印机的参数,例如层高、打印速度、温度等。
这些参数将影响打印质量和速度。
4. 加载材料:将所需的打印材料加载到打印机的材料供给系统中。
确保材料质量良好,并且与打印机兼容。
5. 启动打印:将生成的打印文件传输到3D打印机的控制系统中。
打印机开始按照每个切片的路径和材料信息进行打印。
6. 层层堆叠:打印头按照预定路径移动,并将材料沉积到正确的位置。
这个过程将重复进行,直到打印物体的每一层都完成。
7. 完成打印:当打印完成后,打印物体将从打印床上取下。
根据需要,可能需要进行后处理,如去除支撑材料、表面处理等。
3D打印机软件系统组成部分主要由计算机、应用软件、底层控制软件和接口驱动单元组成1)计算机一般采用上位机和下位机两级控制。
其中上位主控机一般采用配置高、运行速度快的PC机;下位机采用嵌入式系统DSP,驱动执行机构。
上位机和下位机通过特定的通信协议进行双向通信,构成控制的双层结构。
为提高数据传输速度和可靠性,上位机和下位机的接口可选用通信速率高,数据传输量大的PCI 接口,实现多重复杂控制任务的高效性与协调运动。
上位机完成打印数据处理和总体控制任务,主要功能有:(1)从CAD模型生成符合快速打印成型工艺特点的数据信息;(2)设置打印参数信息:(3)对打印成型情况进行监控并接收运动参数的反馈,必要时通过上位机对成型设备的运动状态进行干涉;(4)实现人机交互,提供打印成型进度的实时显示;(5)提供可选加工参数询问,满足不同材料和加工工艺的要求。
下位机进行打印运动控制和打印数据向喷头的传送。
它按照预定的顺序向上位机反馈信息,并接受控制命令和运动参数等控制代码,对运动状态进行控制。
2)应用软件主要包括下列模块处理部分:(1)切片模块:基于STL文件切片模块;(2)数据处理:具有切片模块到打印位图数据的转换,打印区域的位图排版;对于彩色打印还需要对彩色图像进行分色处理;(3)工艺规划:具有打印控制方式,打印方向控制等模块;(4)安全监控:设备和打印过程故障自诊断,故障自动停机保护。
3)底层控制软件:主要用于下位机控制各个电机,以完成铺粉辊的平移和自转、粉缸升降、打印小车系统的X、Y平面运动。
4)接口驱动单元:主要完成上位机与下位机接口部分驱动。
工具及配件DIY 3d打印机没有必要的工具,几乎是不可能完成的,当然必要的配件也是必须的。
常用工具在测试或安装3d打印机套件时,可能会用到的工具包括有,一字螺丝刀、剥线钳、压线钳、电烙铁、镊子、片口、尖嘴钳、高温胶带等等。
配件一台完整的3d打印机是由几十个甚至上百个零件组合而成。
3D打印机头工作原理
3D打印机头是3D打印机的核心组件之一,负责将材料精确
喷射或沉积到指定位置,以逐层构建三维物体。
其工作原理可简要描述如下:
1. 材料供给:3D打印机头通常与材料供给系统相连,用于提
供适当类型的材料,如塑料丝、粉末、液体树脂等。
2. 加热或熔化:部分打印机头会通过加热器或加热元件将材料加热到适当的温度,以使其熔化或变得更易塑性。
3. 控制喷射或沉积:一旦材料被加热或处于适宜状态,3D打
印机头会根据打印设计文件中的指令,通过喷嘴或其他相应的装置将材料喷射或沉积到所需的位置。
4. 运动控制:为了精确控制喷射或沉积的位置,3D打印机头
通常与运动控制系统相连。
运动控制系统可以根据设计文件中的坐标信息,实现打印头在三维空间中的精确移动。
5. 喷嘴调节:某些3D打印机头具有可调节喷嘴,可以根据需
要调整喷嘴的直径或出料量,以实现更高精度的打印效果。
通过这些基本工作原理,3D打印机头能够实现逐层堆叠材料,最终构建出复杂的三维物体。
不同类型的3D打印机头可能会
有一些细微的差异,但总体上,它们都遵循着类似的工作原理。
《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,3D打印技术逐渐进入人们的生活。
作为增材制造领域中的一种重要技术,3D打印已经广泛运用于各种行业。
特别是FDM(熔融沉积造型)3D打印机,其结构简单、成本低廉且易于维护等优点使其受到广大用户欢迎。
而彩色3D打印技术则为其提供了更多的可能性和创新空间。
本文旨在详细阐述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机架、喷头、加热系统、控制系统等部分。
其中,喷头是FDM彩色3D打印机的核心部件,其设计直接影响到打印效果。
喷头应具备高精度、高效率、稳定性和耐用性等特点。
此外,加热系统也是关键部分,需要保证打印材料在适宜的温度下熔化并均匀地挤出。
在硬件设计中,我们采用了模块化设计思想,将各个部分独立设计并组装在一起,这样既方便了维护和升级,也提高了系统的可靠性。
同时,我们还考虑了系统的安全性和稳定性,在关键部位设置了保护装置和过热保护措施。
2. 软件设计软件设计是FDM彩色3D打印机的另一重要组成部分。
我们采用了开源的3D打印控制软件,通过编写相应的驱动程序和上位机界面,实现了对打印机的控制。
软件系统应具备友好的人机交互界面、稳定的控制性能和强大的数据处理能力。
此外,为了满足彩色打印的需求,我们还开发了色彩管理模块,实现了对多种颜色的管理和切换。
三、仿真分析为了验证FDM彩色3D打印机设计的合理性和可行性,我们进行了仿真分析。
首先,我们建立了FDM彩色3D打印机的三维模型,并对其进行了网格划分和材料属性设置。
然后,我们利用仿真软件对打印过程进行了模拟和分析,包括喷头温度场分布、挤出速度和路径规划等。
仿真结果表明,我们的设计在理论上是可行的,且具有较高的可靠性和稳定性。
在喷头温度场分布方面,我们的设计能够保证打印材料在适宜的温度下熔化并均匀地挤出;在挤出速度和路径规划方面,我们的设计能够保证打印速度和精度的平衡,提高打印效率。
目录摘要 (1)英文摘要 (1)引言 (2)1.方案设计 (3)1.1 3D打印机简介 (3)1.2 系统任务要求 (3)1.3 系统设计思路 (4)2.硬件设计 (4)2.1 系统结构及工作原理 (4)2.2 元器件选型 (5)2.3系统原理图 (6)3 参数整定 (8)3.1 定位模块参数设置 (8)3.2 伺服系统内部参数设定 (9)3.3步进内部参数设定 (10)4 人机界面设计 (11)5 软件设计 (13)5.1系统流程图 (13)5.2控制程序设计 (14)6 联机调试 (17)总结与谢词 (19)参考文献 (20)附录1 3D打印机控制系统元件清单 (21)附录2 3D打印机PLC控制系统I/O分配表 (22)附录3 程序清单 (23)基于PLC的3D打印机控制系统设计信息工程学院电气自动化技术摘要:本文介绍的3D打印机的三轴和物料挤出控制是3D打印机的驱动控制,具有高精度和高响应特点,是实现3D打印的前提,采用PLC控制的3D打印机,可以实现打印实体物品的自动化和全程管理,采用伺服电机和步进电机作为驱动电机,可以实现工业级别的打印精度。
关键词:3D打印机 PLC 控制精度The design of the 3D printer control systembased on PLC(Information Engineering College of electrical automation technology) ABSTRACT:3D printers and materials described in this article-axis control is driven out of control 3D printer, with high accuracy and high response characteristics, the premise is to achieve 3D printing, PLC-controlled 3D printer, you can print physical objects to achieve automation and full management, the use of servo motors and stepper motor as the drive motor can be achieved industrial grade printing accuracy.Key words:3D printer PLC Control Accuracy引言3D打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术,上世纪80年代已有雏形,其学名为“快速成型”。
专利名称:一种用于3D打印设备的多喷头驱动系统专利类型:实用新型专利
发明人:温小龙
申请号:CN202021164731.7
申请日:20200622
公开号:CN212446341U
公开日:
20210202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型属于3D打印机技术领域,尤其为一种用于3D打印设备的多喷头驱动系统,包括防护罩,所述防护罩的内部安装有分料管,所述防护罩的上端安装有进料管,所述防护罩的下端安装有连接管,所述进料管、分料管和连接管连通,所述连接管靠近防护罩上安装有电磁阀,所述连接管的下端安装有喷头,所述喷头的上端设置有外螺纹,所述连接管的下端开设有内螺纹,且所述外螺纹旋合在内螺纹的内部;通过喷头表面开设安装槽内安装的加热电阻板,同时喷头嵌入的加热碳棒与加热电阻板接触,便于加热电阻板通过加热碳棒对喷头的内部进行加热,同时喷头下端的内孔为喇叭状,增加了物料流出喷头时的瞬时速度,避免物料在喷头的端部堵塞。
申请人:石城县金石科技有限公司
地址:341000 江西省赣州市石城县琴江镇古樟工业园工业大道12号
国籍:CN
代理机构:北京中仟知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人:田江飞
更多信息请下载全文后查看。
——恿南毡蓬瞳售象纯一’▲
2093.10◇◇◇◇◇玲◇◇◇◇◇◇
劳奇成,卢秉恒
(西安交通大学先进制造技术研究所,陕西西安710047)
摘要:喷蜡打印喷头是三维打印机的核心部件。
文中介绍了三维打印技术,分析了喷蜡打印喷头的结构、原理、驱动信号时序以及驱动电压波形对喷头喷射效果的影响,并在此基础上提出了喷头驱动系统的原
理框图及实现方法。
关键词:三维打印机;喷墨打印头;固态墨;驱动系统
中圈分类号:TP334.8;TN79+1文献标识码:A文章编号:1002—2333(2003)10—0025—03,11leDrivingsystemofSolid—illl【JetPrintheadinTlIree—dime璐i蚰Printer
LAoQi—cheng,LUBiIlg—heng
(InsliluteofAdvallcedM8llu矗lctoryTechnology,)【iarIJiaotongUniversity,XiaIl7l0047,China)Abstract:Solid—inkjetpfintheadisakeypartofthreedimensionprinter.Inthispaper,theconsnllctionandprincipleofink_jetprintheadisintroduced.‘rhedrivertimingsequenceofcontmlsignalandtheinnuenceofdriving
powerwavef0HIlonjetefkctareanalyzed.Andthen,theblockdiagramofeIectdccircuitandtherealizing
appmachforthedrivingsystemispresented.
Keywords:threedimensionprinter;ink_jetprinthead;soIidink;drivingsystem
1三维打印技术
快速成型(RapidPmtotyping)技术是与传统的铸、锻及切削加工(加工中材料维持不变或逐渐去除)不同的一种新型制造技术[1’引。
RP技术采用材料累加法,其基本原理是先对CAD模型进行分层,得到分层二维截面数据,然后根据每一层的截面数据,以特定的方法(固化光敏树脂或烧结金属粉末等)生成与该层形状一致的薄片,这一过程反复进行,逐层累加,直至“生长”出实体模型来,故RP也称为增材制造(MaterialIncressMan如cturing)f31,根据其逐层制造的特点,又称作分层制造技术(IJayeredManufacturingTechnonogy)[41。
快速成型技术问世以来发展非常迅速,其工艺方法已有10余种,三维打印(3D—Printing)是其中之一。
三维打印技术采用与喷墨打印机类似的技术,但喷头喷射出的不是墨水,而是一些熔化了的低熔点材料,如石蜡、高分子化合物、铅锡合金等。
喷头将这些材料的熔液按cAD数据喷射出来,凝结成一个截面,并与已生成的截面粘接在一起,最后堆积成一个完整的零件
基金项目:国家“863”计划cIMS主题资助项目
(863—511—943—013)
(如图l所示)。
2喷头的结构与工作原理
喷墨技术可分为连续式和按需滴落(drop—on—demand)式两大类,连续式喷墨技术由于结构复杂、花费昂贵,现在已很少采用。
目前流行的按需滴落式喷墨技术主要有“汽泡式”(Bubble)和“压电式”两种。
汽泡式喷墨头的基本原理是利用电阻迅速加热喷头,使
喷头内的墨水汽化产生汽泡,汽泡膨胀将墨水喷出喷
娥版l娃埒2003.10
嘴。
图2所示的压电式喷墨头则是利用压电陶瓷的压电效应,当压电陶瓷的两个电极加上电压后,振子发生弯曲变形,对腔体内的液体产生一个压力,这个压力以声波的形式在液体中传播。
在喷嘴处,如果这个压力可以克服液体的表面张力,其能量足以形成液滴的表面能,则在喷嘴处的液体就可以脱离喷嘴而形成液滴。
压电式按需滴落喷头有三种结构形式,即弯曲式、剪切式和推杆式㈣0 ̄
在三维打印系统中,我们采用多喷嘴的TektIDni)【喷蜡打印头,该喷头为压电式喷头,采用弯曲式结构(图3)。
它由352个微型喷嘴组成,分成88列,每列4个喷嘴,列间距为2.3mm。
石蜡在打印头内加热液化,由压电晶体控制喷嘴向外喷射。
喷射频率可达10kHz以上。
3喷头驱动电路设计
3.,驱动电压波形
由于压电材料是由电压驱动的,根据压电式喷头的工作原理,驱动电压的波形可用简单的“通——断”即可。
但为了增加压电陶瓷的变形量,获得较好的液滴
质量,通常采用双极性电压脉冲,如图4所示。
电压波形直接影响喷射效果。
以液滴速度或液滴体积来评价喷射效果,脉冲宽度有一个最优值[6制,电压值越大,上升、下降沿越陡峭,喷射效果越好。
在设计驱动电路时,为对电压波形进行优化,考虑了脉冲电压和脉冲宽度的可调节性。
3.2驱动时序
这里选用的喷墨头是tek仃Dnic公司的产品,原设计为其生产的phase350喷蜡打印机使用,通过试验测试,我们得到其控制信号:
DA7rAIN串行数据输入端
CLK串行数据输入时钟
LATcH数据锁存控制信号,用于将移位寄存器中的数据锁存在锁存器中
Vpp+54V脉冲,压电晶体驱动正电压脉冲
Vnp一40V脉冲,压电晶体驱动负电压脉冲
ENPP正脉冲电压允许
ENNP负脉冲电压允许
打印头喷蜡孔是否喷射由保存在锁存中的信号来决定,“1”表示喷射,“0”表示不喷射,打印数据按列依次由DATAIN输入。
其工作过程简述如下:
1)将要打印的数据送至DATAIN端,在移位时钟cLK的作用下,串行输入到一个352位的串入并出移位寄存器中。
2)由LATcH发出一个负脉冲将移位寄存器中数据在锁存器中保存。
3)输出正电压和负电压电脉冲,使喷头压电晶体变形,将喷蜡口的蜡高速喷出,此时,D冲和咖必须有效。
图5为喷蜡头驱动时序。
3.3驱动电路框图
基于上述分析,我们设计三维打印机喷头的驱动电路,图6是驱动电路的框图。
控制逻辑与并/串转换使用可编程逻辑器件(CPLD),其结构用VerilogHDL描
述实现[61。