摘要：在日益全球化的世界中，制造业正迅速转向数字化和智能，三维打印技术作为一种由数字精度控制的快速成型制造方法，处于领先地位——智能制造技术的发展先锋。3D列印技术是一项新的进阶制造技术，结合了数位控制、新材料和电脑辅助设计等多种技术。根印刷材料和材料成型机构可分为：沉积融合成型技术（FDM）和选择性激光烧结技术。SLS、光聚合成型技术（SLA）和堆叠制造技术（LOM）。

关键词：复合材料;3D打印;纤维;有限

引言

当今人们的生活需求迅速增长，不再满足当时的科技水平3D打印机的出现大大缓解了这种情况。3D列印技术现在是快速成型技术。与传统打印机相比，最大的区别在于使用非液体材料进行打印的能力以及介质类型的多样性。这一技术现已用于教育、建筑、珠宝、工业设计、航空和空间、医疗、土木工程、军事和其他领域。。

1 3D打印机结构

三维门到门打印机的整体结构大致分为四个部分：水平移动机构、垂直移动机构、门到门机构和材料拉伸机构。如图所示，四个部分由印刷件连接，每一部分由步进电机驱动。与挤出机连接的基于x轴的步进电机，采用挤出机车轮和电机齿轴之间弯曲材料的方式进行印刷材料的进刀和退刀;三个步进电机用于确定喷嘴的打印位置，z轴方向由步进电机确定以计算所需的步进角度，首先将三维打印转换为每个平面上的二维打印，然后y轴方向也由步进电机驱动，因此每个平面上的二维打印将转换为上的一维打印 最后，最终位置由步进电机在x轴上确定。x轴、y轴和z轴各有一个行程结束开关，一个块布置在三个轴向上机构的极限工作位置，当行程结束开关接触相应的块时，动作停止 为了防止打印机在超出其极限运行时损坏某些部件，并最有可能保护机械结构的完整性和安全性。。

2桌面级3D打印机底座的静力学分析

静态分析方法提供了在给定载荷作用下分析的结构的参数，例如位移变形、等效弹性应力变形和等效应力。Ansys的静态分析方法通常首先导入实体，然后根据实体的特定情况对其进行网格化。建立网面时，请选取适当的网面标注，然后约束汇入的实体、增加其负载并解决问题。导入FDM桌面三维打印机基本三维模型时，由于FDM桌面三维打印机基本体的复杂性，请依次选择staticstructural（静态分析模块）、Geometry（几何模块），然后将几何模块中的模型列连接到静态分析模块和中的模型列 kg、n、s、mV、ma），按一下「网面」，并将「特征大小调整」选项中的网面大小设定为2mm，以取得网面模型。

3连续碳纤维增强复合材料3D打印机剪丝机构设计

3.1剪丝机构的结构设计

剪丝机构可以分为动力机构、连接机构和刀片3部分。由于桌面级3D打印机体积有限，喷头结构应尽可能紧凑，并且要保证一定的刚度和稳定性，以减少在打印过程中产生的振动对打印精度的影响。若刀片固定精度较低或自由度未被完全约束，则容易在剪丝过程中发生松动，多次剪切后的可靠性降低。刀片相关参数已经由本文第2章中的碳纤维预浸丝切割对比试验确定，但由于碳纤维预浸丝具有一定的刚度，并且还会受到剪丝振动的影响，刀片会发生崩刃或者疲劳破坏等情况，所以设计一个方便拆装、方便刀片更换的剪丝机构尤为重要。首先，选择合适的动力机构。切断过程可以是旋转也可以是推拉，为保证结构紧凑，将电机的旋转运动通过机构转化为直线运动，对碳纤维预浸丝进行推拉切割，故本文选择一款集成式数字直线伺服电机，即MD20系列微型数字直线伺服舵机作为动力元件。

3.2桌面级3D打印机底座优化设计

在Matlab主页中建立一个新的脚本进行编辑。在建立的新编辑器中，输入加强筋宽度kd以及对应的可靠度r，用来作为拟合曲线中的横坐标和纵坐标。在Matlab主界面中，选择APP选项，在APP中选择CurveFittingToolbox（曲线拟合工具箱），选择相对应的模块。用来对加强筋宽度-可靠度曲线的拟合。在运行得到的CurveFitting界面中进行设置，在横坐标Xdata中选择加强筋宽度kd作为所建立坐标系的横坐标。在Ydata选项中选择可靠度r作为所建立坐标系的纵坐标。综合考虑Polynomial（多项式算法）能更好地精确计算此次优化设计的结果，所得的优化设计结果准确性更为准确。选择Polynomial（多项式算法）作为此次曲线的计算算法。选择合适的拟合次数，得到最优的曲线。

3.3水平运动机构设计

水平移动机构，y轴打印行程为Y=120mm，理论精度为0.01mm。两个2020铝型材、一个2040铝型材和两个三维打印板构成整个打印机的底座。负载平台通过四个线性轴承连接到两个光柱，中间步进带始终采用集成设计，步进电机由步进带驱动，连接到负载平台的步进带压力板移动，从而保证打印机稳定运行。玻璃板放在加载平台上，便于在喷嘴上打印零件，加载平台下有四个螺母，通过转动螺母调整加载平台上的玻璃板标高，以更好地打印零件。管控面板固定在其中一个接合位置上，该接合位置使用处理的3D模型档案中的g代码控制四个步进马达的电路，分别作用于水平移动机构、垂直移动机构、假门移动机构和材料挤出机构

3.4传动机构的设计

市场调查显示，FDM 3d单头打印机虽然产品外形、控制系统、驱动设计等。不同，将打印头和工作台合并到同一个坐标系中，即，它通过检查打印头和工作台来扫描和打印工件的每个层的轮廓，堆叠材料层，最后打印工件的3D输出。打印机喷嘴在x和y方向上移动，而工作平台仅在z方向上移动。打印机喷嘴具有与车间相比质量小、体积小等特性，因此调整打印机喷嘴的x平面运动可以产生较小的惯性力以满足改进要求并且喷嘴在平面上移动时所需的运动空间很小，空间利用率很高，非常适合于高精度的紧凑3D打印机。但是，在x和y平面上移动打印机喷嘴可能会扭曲、弯曲甚至影响进纸和丝质挤出。

结束语

继承了现有三维打印基础平台的功能后，系统主要实现了新型Stewart联合机构平台的设计，确定了联合臂结构，并根据基础平台的特点调整了设计。为了满足平台的安装校准要求——姿态变化平台，有必要进行打印控制系统的设计，以满足五轴系统的控制要求。最后，解决现有挤出设备的3D列印问题，并完成此5轴3D打印机的设计。

参考文献

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