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摘要：FDM 3D打印机是目前在多个领域中广泛应用的一种打印技术，其借助熔融沉积成型工艺实现了低成本、无污染、高效率、操作便捷的3D打印。从该技术原理角度出发，成型空间加热保温系统是最为关键的因素，只有保证这一系统的稳定工作，才能够确保打印质量和打印效果。基于此，本文从成型空间加热保温系统的运作方案出发，分析具体的装置、参数，并且结合实际案例，分析具体的应用效果，以期让FDM 3D打印机整体性能得到提高，强化打印精度和工作稳定性。

关键词：FDM 3D打印机;成型空间;加热保温系统;系统设计

引言：

FDM 3D打印机在航空、医疗、制造、设计等领域中得到了广泛应用，其最大的优势在于可以满足复杂多样、个性灵活的产品需求，而且打印出的零部件可以直接应用在实际生产。一般情况下，FDM 3D打印机以聚合物为基本成型材料，但这些材料对打印过程中的温度有着较高的要求，尤其是一些高性能复合材料，必须要为其创造出一个较高的空间温度，才能够确保打印质量，以此尽可能的减少温度对最终成型的影响，确保打印出来的工件质量。

一、成型空间加热保温系统的发展现状

近几年来，FDM 3D打印机生产工艺技术水平不断提高，相应的装备也随之增加，从侧面助推航天、医疗、制造等多个行业得到了长足发展，实现了大量的综合化、机械化、自动化程度较高的生产线，尤其是智能型制造生产方面，虽然和国外的FDM 3D打印机相比还存在一定差距，但具备了多种不同的技术功能。FDM 3D打印机作为零部件生产制作中的关键技术工艺之一，在实际制作过程中过程中通过总终端系统进行控制，具备双向信息通讯能力，可以实现远程控制，工作效率和稳定性都可以保证。FDM 3D打印机可以按照自我记忆进行行走，从目前来看，FDM 3D打印机在自动化控制下，不仅可以根据生产制作零件作出相应的调整，还能够实现高效运转，但还需要对FDM 3D打印机的成型空间加热保温系统进行进一步优化，从而实现零部件的高效生产，让FDM 3D打印机运行机械化水平得到进一步提高。从过往实际应用情况来看，成型空间加热保温系统直接关系到最终的打印结果，打印出来的工件力学性能、细节精度都受到温度的控制。如果温度出现问题，那么打印出来的工件表面可能会出现起皱等现象，如果工件本身较小，还会出现坍塌、拉丝等问题。又或者，工件可能会出现翘曲变形、开裂等问题，只有根据实际的打印材料科学调节温度，才能够保证最终的工件质量。

二、成型空间加热保温系统的设计方案

在展开具体的设计前，需要对设计方案、设计原理展开分析。一般情况下，FDM 3D打印机有三种不同的加热保温方案，分别为：打印平台加热，成型空间没有加热、成型空间内部设置热风成型空间加热保温系统以及成型空间外部设计热风成型空间加热保温系统。这三种加热保温方案虽然能够达到加热保温的作用，但都存在不同程度的问题，打印工件的翘边、开裂问题没有从根本上得到解决，而且结构复杂、工作效率较低，反而促使FDM 3D打印机寿命降低，故障率提高。基于此，在设计FDM 3D打印机成型空间加热保温系统的过程中，需要确保成型空间内部热度均匀，并且实现热度灵活调整，强化保温功能。根据上述条件，最终借助红外灯、灯罩、支架、风扇、变压器等装饰实现了双循环加热恒温成型空间，不仅解决了FDM 3D打印机的问题，还延长了FDM 3D打印机的使用寿命，同时不需要在成型空间内部设计道电器元件、运动结构。最为关键的是，在这一设计中，采用了双套加热保温系统，确保实际工作效果。

三、成型空间加热保温系统的装置设计

在确定FDM 3D打印机成型空间加热保温系统的工作原理后，针对这一系统所需装置进行分析，确保系统的工作效果。从成型空间加热保温系统的应用需求角度来看，主要作用是要保证温度在打印过程中的稳定性，尽可能减少温度在打印过程中的变动，实现保温处理。因此，风扇在这个系统中发挥着至关重要的作用，风扇布置在红外灯周围，实现通风降温，风扇固定在安装座上，电吹风面朝喷头，安装座与支架、喷头和风扇相连，可沿X轴运动，跟随X轴沿Y轴运动。图2为FDM 3D打印机成型空间加热保温系统，图3为红外环形灯的示意图。

上述设计模式非常适合FDM 3D打印机成型空间加热保温系统，不仅制作简单，也能产生良好的保温隔热效果，同时也不需要额外增加骨架。这其中灯罩可以采用六边形可伸缩的结构，实现压缩和拉伸，确保FDM 3D打印机成型空间加热保温系统工作效果，而且能够创造出空气隔热层。

四、成型空间加热保温系统的参数设计

FDM 3D打印机成型空间加热保温系统对参数有着较高的要求，需要站开具体的计算，在这个过程中需要运用到如下公式：Q总=Q散+Q加、Q散=ηn×Sn×△T、Q加=c×G×△T。这其中Q总、Q散、Q加分别代表FDM 3D打印机成型空间加热保温系统所需总热量、成型空间室体散热量、成型空间空气加热量。而ηn、Sn分别代表第n种材料保温层散热系数、第n种材料保温层面积之和（n=1，2，3…），△T为最高温度与室温之差;c和G则为空气比热、成型空间内空气重量。进而就可以求出FDM 3D打印机成型空间加热保温系统加热器单位时间内使成型空间升温至最高温度需产生热量，QPTC=Q总×κ×γ，κ和γ分别为其它损耗系数、热量余数。由上可知，在FDM 3D打印机成型空间加热保温系统采用了两套规格型号的相同保温装置，因此，选择0.5kW的变压器，确保功能实现。

五、成型空间加热保温系统的自动设计

在FDM 3D打印机投入使用的过程中，会面临一些较为复杂的零部件，确保零部件成型的关键就是参数，配合参数以及制作材料决定FDM 3D打印机成型空间加热保温系统温度上的控制。因此在上述系统的基础上，借助Solid Works二次开发的基础上，设计开发了在FDM 3D打印机成型空间加热保温系统的参数化自动控制系统，在该系统的辅助下，使用FDM 3D打印机时，只需把关于功率和电热元件的一些关键参数输入到对应的界面中，程序后台运行，自动输出计算结果。在零件自动生成模块中，将关键参数输入对话框中，调用Solid Works API接口，自动链接Solid Works软件，实现模型构建，让FDM 3D打印机稳定运作。

六、成型空间加热保温系统的实际测试

FDM 3D打印机常用于复杂形状、结构的零部件制作中，随着国内3D打印技术的不断成熟发展，技术中的问题也逐渐凸显出来，为了让FDM 3D打印机在各个领域中得到深层次应用，还要进一步强化FDM 3D打印机的实际应用性能，通过上文对成型空间加热保温系统的研究设计，可以让FDM 3D打印机朝着高品质、高效率、低成本的方向转变。开发一台具有成型空间加热保温系统的FDM 3D打印机可以让零部件生产工作得到更进一步发展，强化国家相关产业的质量和国际竞争力。FDM 3D打印机成型空间加热保温系统测试是系统质量的保障，对系统规格、设计、编码等方面都要进行详细的测试，从而保证系统质量、规格等符合用户的实际需求，开发出高质量、高性能的FDM 3D打印机产品。不仅如此，FDM 3D打印机成型空间加热保温系统测试也是系统成功的保障，在实际开发过程中，需要面对漫长的过程中，会产生一些不必要的错误，如果不能够及时的排除错误，那么质量也会无法保证，因此测试的任务就要及时的发现系统中存在的问题，并且规避错误。

在FDM 3D打印机成型空间加热保温系统中加热和保温是最为关键的两个环节，从FDM 3D打印机的实际应用需求来看，必须要在设计制作的过程中保证温度的稳定性，以此避免出现翘边、开裂等问题，借助循环理念，打造出一个动态化的FDM 3D打印机成型空间加热保温系统。FDM 3D打印机必须要在一定温度下进行，因此成型空间加热保温系统是必备装置，从上述设计过程中不难看出，设计过程较为复杂，涉及到大量公式计算。为了进一步提高FDM 3D打印机成型空间加热保温系统的工作效率，设计出了一套循环加热保温系统，借助变压器实现动态运作，同时配合计算机技术，实现了参数化设计，可以更好的调节温度，完成FDM 3D打印机的制作过程。从实际应用情况来看，FDM 3D打印机的精度明显提高，一些对温度要求较高的打印材料在实际应用过程中也能够保证打印质量。由此可以看出成型空间加热保温系统应用后，FDM 3D打印机的兼容性得到了极大的提高。图4和图5分别为FDM 3D打印机成型空间加热保温系统的升温曲线、保温曲线。从图片中的信息来看，成型空间加热保温系统能够满足FDM 3D打印机运转需求，空间温度基本均匀，保温效果良好。从实际打印出来的成品来看，零部件表面光滑，装配效果良好，运行效率较高，开机预热时间明显缩短。尤其是在自动设计中，借助系统实现了温度的合理控制，人机界面良好，实现了成型空间加热保温系统设计的规范化、自动化和参数化。该系统具有计算功能（功率计算和电热元件计算），零件自动生成功能和自动生成工程图功能。

在DM 3D打印机成型空间加热保温系统可以让FDM 3D打印机每个环节之间的协作性得到提高，更加顺畅、快速的进行运作，尤其是在互联网技术飞速发展的过程中，成型空间加热保温系统是FDM 3D打印机管理的标准配置，但实际上很多FDM 3D打印机在保温加热控制上还存在诸多问题，导致FDM 3D打印机整体运行效率较慢，运营成本较高。而对于FDM 3D打印机而言，一个完善、合理的成型空间加热保温系统，可以为FDM 3D打印机创造出更大的利润空间、降低成本，同时也为FDM 3D打印机的智能化建设发展开创了全新的局面。

总结：

综上所述，FDM 3D打印机成型空间加热保温系统优化设计的重要性不言而喻，直接关系到最终的打印成果。本文设计出的FDM 3D打印机成型空间加热保温系统有效解决了传统FDM 3D打印机在实际生产在制作中面临的困境，实现了双循环加热保温，最大程度保证了制作精度和制作效果。而从实际应用情况来看，该FDM 3D打印机成型空间加热保温系统切实可行，能够根据实际情况进行有效调整，为FDM 3D打印机工艺发展以及相关行业进步奠定了良好的基础。

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