3D打印机头的设计与制造

3D打印机头的设计与制造摘要3D打印技术是是当今世界上快速发展的一种制造技术，和传统去除材料制造方式不同，3D打印技术采用增加材料制造的方式，利用CAD、Pro/E等三维建模软件制作三维图像，使用金属材料制成的粉末或塑料等材料的粉末或颗粒或线材进行一层一层打印。熔融堆积（FDM）3D打印技术的基本原理是，熔化ABS塑料、PLA等材料线材，从喷头挤出堆积打印的技术。喷头是熔融堆积3D打印机最关键的部分，喷头的主要组成部分为推送装置，加热装置喷嘴和冷却风扇，线材被送料齿轮推动送到加热装置中被电阻丝加热，加热液化后从喷头挤出，经过风扇冷却定型，通过多层堆积形成最后成品。关键词：3D打印；熔融堆积；数字模型；金属粉末；塑料英文题目Designandmanufactureof3DprinterheadAbstract3Dprintingtechnologyisarapidlydevelopingmanufacturingtechnologyintheworld.Differentfromthetraditionalmanufacturingmethodofremovingmaterials,3Dprintingtechnologyadoptsthemethodofincreasingmaterialmanufacturing,using3DmodelingsoftwaresuchasCAD,Pro/Etomake3Dimages,andusingpowderorparticleorwirerodmadeofmetalmaterialssuchaspowderorplastictoprintonelayerbyone.ThebasicprincipleofFDM3DprintingtechnologyistomeltABSplastic,PLAandothermaterialsandwires,andextrudetheprintingtechnologyfromthenozzle.Thesprayheadisthemostcriticalpartofthemeltstacking3Dprinter.Themaincomponentsofthesprayheadarethepushingdevice,theheatingdevicenozzleandthecoolingfan.Thewireispushedbythefeedinggeartotheheatingdeviceandheatedbytheresistancewire.Afterheatingandliquefying,thewireisextrudedfromthesprayhead,cooledandfinalizedbythefan,andthefinalproductisformedthroughmulti-layerstacking.Keywords:3Dprinting；additivemanufacturing；digitalmodel；metalpowder；plasticPAGE6目录TOC\o"1-2"\h\u1前言 21.1序论 21.2本设计的目的、意义及应达到的技术要求 71.3本设计在国内外的发展概况及存在的问题 91.4本设计应解决的主要问题 132本设计 142.2设计原理 152.3方案选择 172.3.1分析问题 192.3.2设计过程 213结论 27参考文献 28谢辞 30附录 31附录1 31设计成品组装照片 311前言1.1序论随着科技的发展，工业制造模式也逐渐改变，新产品开发的速度越来越快，传统的大规模制造的工业模式已经无法满足人们的需要，3D打印技术应运而生。传统的大规模制造模式在制造大量产品时可以降低成本，而在制作小批量产品时由于昂贵的开模费用导致成本居高不下，而使用3D打印技术进行开模则可以有效降低成本。而后三维打印技术被直接应用于制造产品和零部件，如今该技术在首饰制造、鞋类生产、工业方面设计、建筑行业、工程制造和建筑施工、汽车制造、航空航天领域，牙科和医疗业、公立和私立教育、地理位置的导航系统、自然改造工程、兵器制造等其它领域都有应用。工艺熔融沉积制造技术FDM（FusedDepositionModeling）在1988年被发明，发明人是美国人ScottCrump，熔融堆积三维打印技术打印的材料一般为熔点较低的热塑性塑料，例如PLA材料、尼龙材料、ABS塑料、蜡等热塑性材料，原材料以线材状态在原料盘上被供料，原料被加热装置加热从喷头内被挤出，喷头由点到线，由线到面地在需要制作物品的横截面上移动，熔融状态的材料被从喷头挤出并与附近的材料凝结在一起。熔融堆积三维打印技术属于较为早期的三维打印技术，经过数十年的发展，已经成为应用最为广泛的三维打印技术之一。在熔融堆积三维打印技术之后，很多三维打印技术快速发展了起来，例如光固化成型（SLA）三维打印技术、分层实体制造（LOM）三维打印技术、选域激光粉末烧结（SLS）三维打印技术、形状沉积成型（SDM）三维打印技术、基于喷射的三维成型技术（JettingTechnology）、多相喷射沉积（MJD）的三维成型技术等。光固化成型（SLA）三维打印技术在业内号称最成熟的3D打印技术，从1977年就开始发展，美国Swainson公司在研发过程中发现可以使用紫外线来引发材料相变凝固，用这种方法叠层制造三维物体，但是由于缺少资金资助，这个项目在1980年被叫停。在巴特尔实验室，时间为1984年，同类项目又被开展并被命名为光化学加工（PhotochemicalMachining）三维打印技术。虽然当时的执政政府给这个项目提供了经济支持和实验室，但是最终这个项目也没有实现商业化。美国人CharlesHull在1983年发明了光固化成型三维打印技术并且在1986年申请了专利。1986年，CharlesHull在加利福尼亚州成立了3DSystems公司，公司主要负责将光固化三维成型技术商业化。1988年该公司生产的第一台商业3D打印机SLA-250被推出，从这开始光固化成型技术在世界范围内得到广泛的使用。光固化成型（SLA）三维成型技术主要是利用对光敏感的树脂作为打印原料，由于对光敏感的树脂在紫外线照射下会发生凝固，对光敏感的树脂一般为液态，在紫以外光线的照射下会引起聚合反应完成凝固。SLA技术首先在一个层面进行铺粉，然后利用紫外线术对该层面切片进行由点到线，由线到面的照射从而完成绘制工作，然后重复该工作，最终得到3D实体。其基本原理如图1.1所示：图1.SEQ图1.\*ARABIC1光固化成型技术原理示意图光固化成型（SLA）三维打印技术主要优点为：是较早出现的三维打印制造成型工艺之一，已经非常成熟。通过CAD或者Pro/E等数字模型直接制成成品，加工的速度很快，产品生产的时间周期较短，不需要切削工具或者加工模具。打印精度高（在0.1mm左右）、表面质量较好。光固化成型（SLA）三维打印技术主要缺点：光固化成型（SLA）三维打印技术的制造价格很高，使用成本和维护成本相对较高。对工作的环境要求较为苛刻。打印材料是液体状态的树脂类材料，具有刺鼻气味和毒性，需要在密闭状态下避光保存，同时为防止被紫外线照射提前发生凝固反应，需要避光保存。成型后的产品大多数为树脂材料类，使得打印成品的结构强度和对热的耐受性较低，不利于在较长时间内保存。打印出的产品需用浓度为95%的酒精和丙酮进行清洗，并且再次通过紫外线照射进行固化。分层实体制造（LOM）3D打印技术的应用虽然不是现在最多的，但是具有极其广泛的发展前景，该技术在发展过程中被不断完善，最终会在产品的设计和制造过程中占据越来越重要的作用。分层实体制造技术主要使用的原料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型热熔胶，聚酯类热熔胶，尼龙类热熔胶或者其它热熔胶类混合物。目前为止EVA材料被应用得最多。热熔胶的优点为：加热融化，室温固化，熔融状态下具备良好的粘性，可以对薄片材料进行黏结，黏结强度高，废料容易分离。分层实体制造技术主要分为3个制造过程。第一步首先要使用3D制图软件绘制产品的三维模型，然后将模型转化为STL格式，然后将STL三维文件导入负责切片软件进行切片。第二步要制作底部支撑结构，由于制作成品体积较大，直接制作会不稳定，所以要制作基底，先在底部制作三五层材料，必要时进行加热使材料固化得更加完全。第三步为加工的主要部分，利用热熔胶铺棍和激光进行产品的加工，在这个过程中，激光的移动速度，激光的功率，铺棍的移动速度等都会对产品的精度和牢固程度造成巨大的影响。第四步为后处理部分，去除产品的预料，并且进行表面处理。分层实体制造的基本原理如图1.2所示：图1.SEQ图1.\*ARABIC2分层实体制造技术原理简图在分层实体制造过程中，有若干因素会导致加工出现误差，首先3D模型在转换格式的时候会产生误差，不是所有3D格式都可以完美转换成STL格式。在将STL格式文件输入切片软件的时候，也会产生一定的误差，切片软件由于设置不同，对同一STL格式文件的识别会产生误差。设备在机械结构上存在一定的误差，从而导致加工过程中形成误差。成型前后温度的不一致还会导致材料热胀冷缩形成误差。选域激光粉末烧结（SLS）三维加工技术是最近30年以来快速发展的一种三维加工技术，选域激光粉末烧结三维加工技术可以加工多种材料，从金属乃至非金属都可加工，制造原理较为简单，不同加工材料切换时不用对设备进行大的改动，加工精度高，只要激光光束聚焦程度高，就可加工出精度极高的产品，不需要支撑结构，可以直接烧结制作零部件，不需要前后复杂的工艺支持。众多优点使SLS技术成为当今在工业领域发展最快的3D打印技术。SLS技术的基本原理是，利用co2激光作为能量源，在数字技术打的控制下，对区域内粉末状原材料进行扫描，扫描成型完一层之后，重新进行铺粉，再扫描下一层，最后形成成型件。其基本原理如图1.3所示。最后进行打磨和烘干等后期处理，得到最终的产品。图1.SEQ图1.\*ARABIC3选域激光粉末烧结技术原理示意图由斯坦福大学的AmonC.H等人合作研发，形状沉积成型技术主要特点在于与CNC数控加工技术的结合。SDM技术将传统的CNC去除材料加工的技术与堆积增加材料的加工技术相结合，基本不受产品复杂程度限制，加工时可以先将熔融材料沉积到工件的成型表面上，然后通过机床刀具对工件表面进行加工的到工整的表面，最后进行喷丸等表面处理增加工件表面精度并且去除工件内部应力。SDM技术相对于SLS技术的优势在于，对沉积成型时的精度依赖较低，可通过后期数控机床去除材料加工获得高精度的表面，同时加工过程中可对沉积技术和去除材料加工技术进行灵活结合，提高了加工效率。形状沉积成型技术可以直接制造一些形状复杂的零件，也可以将多种材料融合在同一零件的制作中，提高零件的物理性能。也可以在制造过程中就把复杂零部件结合在一起，形成一个无法拆分的活动部件，在达到功能的同时提高产品的强度和可靠性。多相喷射沉积（MJD）是从90年代开始快速发展的一种成型技术，该技术使用熔融状态的金属雾化液滴直接制作毛坯或者成品。在制造过程中，可以先喷射形成初步的产品，再进行轧制或者锻造，也可以通过离心原理在空管内部制造无缝钢管，也可以使用该技术和喷丸技术相结合，制作热喷涂涂层，该涂层由于在加热状态被喷丸所以没有应力，具备较好的物理性能和机械性能。喷射沉积三维加工技术的技术构成是，熔化状态的加工原料从喷嘴流出，被喷口喷出的高压气体雾化并且喷向成型面表面，在此过程中较小的颗粒冷却成为固体，较大的颗粒保持液体状态并且裹挟较小颗粒在成型表面凝结沉积，形成毛坯。在沉积过程中不同层面带来的温度积累不同，所以需要控制喷射速率，并且对基板和工件进行散热，来控制沉积的速度。多相喷射沉积技术的基本原理见图1.4：图1.SEQ图1.\*ARABIC4多相喷射沉积技术原理示意图但是FDM3D打印技术相较于其它3D打印技术，具备如下优点：1.机械和电子结构相对简单，维护成本低，设备可靠性高，运行安全。2.成型速度快，用FDM技术打印的部件可直接使用，可以不经过再加工，节省时间。3.可以使用石蜡打印部件模型，用于铸造，将蜡部件做进砂模中，浇灌金属进行铸造。4.可以打印内部结构多样化的零件，如有复杂腔室和孔洞的零件。5.原料在加工成型过程中无化学变化，形变量小。6.原材料浪费少，几乎无材料损耗，寿命较长。FDM3D打印技术也有如下缺点：1.成型零件表面有条纹，表面精度较低，需要后期加工以提高表面精度。2.沿成型轴垂直方向强度较低，需要通过交叉打印的方式来提高强度。3.打印零件角度过大时需要制作支撑结构，在打印完成后去除支撑。4.需要对整个零件进行填充涂覆，成型时间较长。图1.SEQ图1.\*ARABIC5熔融沉积制造技术原理简图1.2本设计的目的、意义及应达到的技术要求3D打印机形式繁多，但大多数都应用于工业领域，由于大多数3D打印机成本较高，长期以来个人很难拥有一台3D打印机，如果在日常生活和DIY的过程中需要使用到一些异形件和非标件，需要进行定制，而传统的CNC数控加工虽然可以满足需求，但是成本较高，CNC需要为单一工件的加工单独设计夹具，并且需要多个步骤和夹具才能实现加工，费时费力。而FDM3D打印技术可以在较低成本的情况下实单件零件的制造，对于家庭、个人DIY、工厂快速原型验证有着很大的帮助。当产品上某个对精度要求不高的塑料件损坏后，不用苦于寻找替换配件而能通过一台平价的FDM3D打印机进行低成本制作，将损坏的产品复原功能。在个人进行DIY作品时，如果需要制作复杂零部件或者非标件的时候，无需费尽心思设计工艺路线寻找厂商制作，只需要建模并用软件切片导入3D打印机中，只需等待零件打印完毕。在工厂制造产品原型的时候，3D打印技术也能提供很大的便利，在制作对精度和强度要求不高的外观件时，可以直接打印使用，如果对外观要求较高，则可以在打印后进行表面处理、喷涂油漆等解决。在需要制造金属零部件时，可以通过失蜡铸造法，先打印欲制造部件的蜡模，再进行铸造，铸造完成后进行表面处理得到成品。本设计旨在制造一台价格低廉、人人都用的起的、可以满足生活中大多数物品所需精度的并联臂FDM3D打印机，可以打印一般的生活用品和一些空调、风扇等家用电器的损坏零件，花少量成本足不出户修复这些家电，使其恢复功能，也可以制作一些由塑料制成的玩具给孩子玩，锻炼小孩的创造力，甚至也可以打印蜡模，在家铸造一些低熔点金属制品。图1.SEQ图1.\*ARABIC6利用熔融沉积技术打印的宫殿模型本设计的意义在于可以以较低的价格实现以个人或家庭为单位拥有一台3D打印机，以解决生活中的问题。3D打印机的缺点在于大规模生产速度较慢，适合用于制造原型和定制生产。而个人和家庭则对多样化定制的需求比较强烈，每个人都需要解决不同的问题，则需要不同的产品，而且每个人对于同种产品的尺码和形状需求也不同，进行大规模生产不同尺寸将会提高成本，降低生产效率，而且即便可以生产不同尺码，也无法完全适配每个人。如果大规模生产3D打印机，以个人为单位进行生产所需用品就可以解决这个问题，相关单位只需要根据个人需求不同进行建模，个人下载模型便可以打印自己所需的物品，随着时间的推移，3D打印热度的提升，相关的提供定制建模服务的行业也会越来越多，经过学习之后个人也可以通过相关建模软件进行建模，自己设计出理想的产品。本设计的定位为家用和DIY级别3D打印机，用于打印热塑性塑料等低熔点加热可塑的材料，精度满足一般家用产品的需求，在无需进行后期处理的情况下可以直接投入使用，或者在进行简单的切除支撑后可以投入使用。该设计要求能实现脱机打印，打印精度0.1mm，打印面积200mm*200mm*200mm，打印耗材为1.75mmPLA或1.75mmABS线材如图1.7所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC7PLA和ABS材料线材1.3本设计在国内外的发展概况及存在的问题随着现代工业的发展，加工技术不断升级，市场需求不断转变，制造业从传统他制造向全球化制造转变，智能制造技术不断发展，制造业响应市场需求速度越来越快，只要市场需要某种产品，工厂就能快速生产。如果采用传统的加工模式，则在生产产品之前，需要准备工作用具，设计生产装夹用具，制定工艺路线等，使产品从设计到生产的时间边长。三维打印技术的逐步发展，一直到大规模应用，可以促进制造行业的发展，并且已经极大地推动了新产品的研发模式。图1.SEQ图1.\*ARABIC8Stratasys工业级3D打印机FDM3D打印技术主要是将热塑性材料的线材如PLA、ABS、蜡等，由送料机构通过齿轮送入喷头，在熔化腔内熔化并从喷头喷出，同时喷头由点到线，由线到面，根据要加工部件的切片横截面绘制，材料被喷射到指定位置之后，随之时间的推移很快就冷却成为固体，与之前已经成为固体的材料相结合，最终形成产品模型。工作原理见图1.5。FDM3D打印技术可以快速实现三维模型和实体的转换，为设计师提供了极大的便利，可以快速验证产品结构的合理性、装配干涉、美观度等，便于设计师快速完善产品设计，使设计制造结合得更加紧密。在模具设计和开发过程中，由于模具结构形状复杂，包括复杂曲面、筋和槽等结构，设计难度较高且容易失误，如果将模具成品加工出来以后再进行问题的检验则工期较长、成本较高。用FDM3D打印技术则可以方便地验证产品合理性而且工期较短、成本较低。图1.SEQ图1.\*ARABIC9工程师正在使用3D打印机验证设计合理性FDM3D打印技术摒弃了传统去除材料的加工方式，采用低熔点热塑性材料或金属进行直接成型，原料浪费小，可以快速实现数十到数百件不同零件的小批量制造，在达成同样目的的同时，省去了传统工业模具和装夹用具的设计制造费用。例如丰田公司利用3D打印技术在Avalon汽车4个门把手上就省下了30万美元，在太空环境下宇航员可利用3D打印技术打印所需的工具和零配件，减少了所需要携带的材料的总重量。熔融堆积三维打印技术相对于传统加工工艺有很多好处，所以现在在加工制造业已经被经常用到，在制作人体古代替品、复制古代文物、三维打印食品等方面也得到了极大的应用。在人体古复原方面，医生通过打印患者需要做手术部位器官的3D模型进行模拟手术，来降低手术的风险性，通过打印患者的骨模型来最大程度地代替患者因手术移除的骨如图1.10所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC10利用熔融堆积三维打印技术制作的下颚骨3DSystems公司和好时巧克力公司合作，通过将巧克力熔化挤压成型的方式制作巧克力，实现巧克力的多样化生产，大大节省了模具费用如图1.11所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC11三维打印设备正在打印巧克力熔融堆积三维打印技术是现在用得很多的一种三维打印技术，国内很对学者和国外不少研究人员都对其进行了很多学习和探究，并且在结果方面也是非常不错的。开始是在原材料选取方面，熔融堆积三维打印机一般选用低熔点的线材，例如PLA塑料、ABS塑料、蜡等，只需将材料推入喷头内通过电阻丝加热即可进入熔融状态并且被挤出成型。但是此类材料通过3D打印制成的产品在硬度、韧性、强度等方面都不如传统铸造制成的产品，因此国内外研发人员针对材料方面也在不断开发新材料，例如ABS-M30、ABS-M60、PC-ABS等材料，在原有材料的基础上进行了改进，增加了强度和FDM3D打印的适用性。由于FDM3D打印技术在打印形状复杂、角度较大的材料时需要使用支撑，在打印完成后进行去除支撑，但是有时候模型过于复杂，导致支撑很难去除或者无法去除，为解决该问题，使用遇到水就会溶解的材料制作三维打印模型的支撑，例如聚乙烯醇（PVA）、聚氧化乙烯（PEO）等。随着环境问题的日益凸显和石油的消耗，科学家开始了环保材料的开发聚乳酸从玉米木薯等作物的淀粉中提取，具有可再生的有点，被认为是21世纪新型生态材料，将安全、绿色、低碳和3D打印技术结合起来，是3D打印技术和时代发展主题结合起来。经过30多年的发展，目前FDM3D打印技术的发展方向是低成本、高精度方向，FDM3D打印机的价格一般在几千元至几十万元不等，近几年由于FDM3D打印技术的普及和平民化，出现了百元级的3D打印机，主要用于家用和DIY玩家制作零件，精度较低但是使FDM3D打印机走进了普通人的视野。2013年3月，Stratasys公司发布了超大型快速打印成型系统Fortus900mc，成型尺寸高达914.4mm*696mm*914.4mm，精度为0.0015~0.0089mm，打印最小厚度为0.178mm，如图1.12所示：图1.SEQ图1.\*ARABIC12大型快速打印成型系统Fortus900mc国内企业太尔时代在吸收了清华大学的快速三维打印技术后，完成研发了Inspire系列的工业级熔融堆积三维打印机和UP系列的桌面级熔融堆积三维打印机如图1.13所示，其中UPPlus2的成型尺寸为140mm*140mm*135mm，打印最低厚度为0.15mm。目前国际上先进的熔融堆积三维打印技术已经可以实现在一个丝的厚度层面达到600dpi的分辨率，多数熔融堆积三维打印机的垂直打印速度已经达到每小时25mm及以上，许多已经可以实现彩色打印。2010年，Stratasys公司和惠普公司合并工作，由惠普公司OEM代工生产Stratasys公司的三维打印机，品牌使用惠普品牌。2011年Stratasys公司收购了Solidscape公司，2012年Stratasys公司和以色列公司Object合并，Stratasys公司正在一步步成为行业巨头。最近30年以来，国内许多高等院校已经开始开展三维打印机的自主研发，到目前为止已经取得不小的进步。港台地区对于3D打印机的应用较早，但自主研发能力不足。目前国产3D打印机与外国同类产品还存在较大差距，距离大规模工业应用还需时日，东南沿海城市的许多企业已经使用3D打印技术进行商业化运作，涉及到模具制作、样品开发、辅助涉及等多个领域。图1.SEQ图1.\*ARABIC13UP系列的桌面级FDM3D打印机全球3D打印业产值从1988年到2010年每年平均增长26.2%，并且从这以后还将持续增速增长。估计到2020年为止三维打印行业的总价值将达到52亿美元。但是目前3D打印技术在发展过程中仍有许多瓶颈，从成本上来看，虽然现在3D打印机已经大规模降低成本，甚至出现百元级别的FDM3D打印机，但是精度较差，不能满足工业应用的需求，而现在工业使用的三维打印机制造价格还是比较高。从打印物品的材料来源种类来看，目前熔融堆积三维打印机打印的材料大多数都是有机塑料、聚合物材料等，大多数FDM3D打印机无法打印金属部件，而塑料部件的强度相对于模具铸造的部件来说强度较差，难以满足使用需求。由于FDM3D打印的原理限制，使熔融堆积三维打印时，在打印精度方面，还有打印速度方面需要作出取舍，如果提高打印精度则打印速度就会降低，如果提高打印速度，打印精度就会降低。最后3D打印技术的普及会使企业机密变得容易泄露，只需要有3D模型，就能打印出成品，而按照传统工业体系则需要一整套图纸、工艺路线图和夹具图纸等，安全性较高。1.4本设计应解决的主要问题目前，FDM3D打印机价格呈现下降趋势，但售价仍然很高，本设计试图以较低的价格制作出一台可以打印热塑性有机材料的3D打印机。本设计以并联臂结构制作，将X、Y、Z三轴的移动转化为Z轴一轴的移动，则喷头步进电机控制的挤出量要和并联臂步进电机的移动量相匹配。加热装置熔化材料的速度要和挤出速度一致，并且液化器内的温度要保持严格稳定，过高和过低的温度都将导致成型质量受到影响，所以需要加入温控反馈系统来控制液化器和喷嘴温度。温度过高则降低电阻丝功率，提高散热风扇的转速，温度过低则提高电阻丝发热功率，降低散热风扇转速。本设计FDM3D打印机头不仅挤出速度要和摇臂步进移动速率相匹配，还要能速率可调，以满足在拐角处打印以及中断式和跳跃式打印。2本设计2.1打印机头概述通过研究各3D打印机的结构和工作原理，确定了FDM3D打印机是在预算有限情况下能达成打印效果最好的，于是寻找相关文献、进入各3D打印机公司网站学习FDM3D打印机的基本原理和构造，搜集相关资料后开始进行设计。由于打算在控制成本的情况下制作可以打印热塑性塑料的熔融堆积三维打印机，这种类型的打印机在DIY打印机圈内被许多业余的人广为研究，于是进入3D打印有关论坛和贴吧研究前人的制作经验。经过研究了解到目前熔融堆积三维打印机主要由横轴，纵轴和高低轴三轴三维打印机和并联臂三维打印机组成，由于并联臂3D打印机在降低成本的情况下可以实现减少叠加误差、增加打印速度的效果，在和小组成员商议后共同决定采用并联臂结构来设计制作3D打印机。采用Pro/E软件对零部件进行设计，计算管状零件内部尺寸并且绘制零件图，然后将设计的零件图组合成装配图。根据装配图采购相关零件，如果没有合适尺寸的零件就略微修改方案，使整个FDM3D打印机头使用的零部件都为标准件和公用件。要确保零件之间不会干涉，否则则改变设计方案，修改零件装配图。在反复修改过后确定装配图如图所示2.1。图2.SEQ图2.\*ARABIC1通过Pro/E软件对打印机头进行建模2.2设计原理FDM3D打印机头由送丝装置、效应装置和风扇组成，打印线材运送装置的关键部分为步进电机，由步进电机带动运送线材的轮子转动，送丝轴承从动，从而将线材从料轮上抽下，送入效应装置内。送丝装置的主要组成部分为送丝机支架、送丝机、送丝机夹具、蝶形螺母、送丝轴承和送丝轮如图2.2所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC2送丝装置零件示意图效应装置负责将送丝装置送入的线材加热融化，并且融化状态的材料在送丝机的推动下继续向下运动，最终从喷嘴挤出。效应装置主要由打印头、加热棒组成，如图2.3所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC3打印头效应装置风道件用于将风扇固定在基板的螺丝空位上，如图2.4所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC4风道件打印头夹具使用两个M3*12将打印头固定在基板上，如图2.5所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC5打印头夹具安装内围件卡于挤出头上方，便于将挤出头安装在基板上并且通过连接外围件来进行固定，如图2.15所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC6内围件将挤出头和内围件与外围件组装，把一颗M3*12螺丝套上小弹簧来固定内围件和外围件，小弹簧使打印头下压后仍留有一定余量，将限位开关用螺丝固定在外围件上拧入M3*20螺丝使打印头触底时限位开关上部簧片刚好平行，用于检测打印头触底，结合控制程序实现触底急停如图2.7所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC72.3方案选择到现在为止电动机按照控制系统的不同主要有步进电机，还有一种伺服电机。控制伺服电机的办法是开环的；控制步进电机的方式是闭环的。这两种电动机的准度也是有区别的，伺服电动机分为很多种，里面有一种带有17个位数编码器的电机，驱动器在接收131072个脉冲厚电动机转一周，就是这种电动机的脉冲当量是360°/131072=0.0027466°，是每步走过角度为3.6°步进电机脉冲当量的1/1310；两个相组合的步进电机每步走过得角度一般是1.8°或者0.9°，五个相位组合形式的步进电机每步走过得角度一般是0.72°或者0.36°。从在较低频率状态下运行的特点方面来看，使用交流电的伺服电机运行起来很稳定，就算在运行速度很低的情况下也不会出现抖动现象；步进电机在速度很低的情况下容易出现频率较低的抖动情况。从力矩和频率之间的关系来看，使用交流电的伺服电机输出的力矩是一定的，它在正常工作情况下的转速一般为2000r/min~3000r/min，在规定的运转速度下都能输出额定的扭矩，在规定的运转速度以上输出恒定的功率；步进电机在运转速度提高的情况下扭矩会降低，而且在运转速度比较高的时候扭矩会快速降低，所以步进电机最高的运转速度一般在300r/min~600r/min。从超负荷运行的性能方面看，步进电机在正常情况下一般不具有超负荷运行的能力，在选择型号的时候一般选择受到运行扭矩较小的电动机，在很多时候都选用扭矩比较大的电动机，但是打印机在规定功率下运行的时候又不需要那么大的扭矩，导致很多扭矩没有用上。从电动机运作时候的性能效果角度来研究，在交流电能源下运行的伺服驱动系统的控制回路是首位相接的，驱动器可以直接处理电机信号的反馈信号，在反馈的内部对位置和速度进行控制，在正常情况下不会产生步进电机的前后步数不一致，多走或少走一步的情况，控制性能更加可靠。从电机转速在控制指令发出后的反应方面来看，交流电控制的伺服电机的速度提高的能力更好，从没有速度提高到其正常功率下的旋转速度3000r/min只需要几毫秒，可以在需要在很快的速度下启动和停止的地方使用；步进电机从没有速度提高转速一直到正常的工作转速300r/min~600r/min只用几百毫秒。从五六十年前开始，用直流电源驱动的电机是最早作为主要的工作部件的，但是随着最近40年以来第一个使用交流电的伺服电机的性能越来越好，价格越来越低，使用交流电的伺服电动机逐渐取代使用直流电的伺服电机成为主要驱动部分。控制器用于对电机的控制系统进行控制并且形成反馈回路，从扭矩、运行快慢和位置等方面进行控制，伺服驱动器在具备基本功能的同时，也可以将输入功率放大。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在30年前在追求廉价三维加工的时候被广泛应用，但是很快就被交流电驱动的伺服电机代替了。伺服电机主要有直流和交流两种，直流电驱动的电动机存在一些特定的缺点，比如电刷和换向器容易磨损，不经常保养就会损坏，换向器在改变电动机转动方向的时候会产生电火花，使电动机的转速上限收到限制，并且使电动机的使用场景变少，而且直流电动机的原理复杂，制造起来比较困难，使用金属原料消耗大，制造的资金需要高。而使用交流电的电动机特别是鼠笼式感应电机原料消耗小，成本低，而且电机内部旋转部分惯性比直流电动机的内部惯性小，停止和启动性能更好，大小一样的情况下，用交流电的电动机输出的马力可比用直流电源的电动机提高11%~71%，而且使用交流电的电动机能达到的最大功率比用直流电的电动机高，可以使用更高的电压，最高旋转速度也比直流电机快。经过分析，权衡打印速度、打印精度和成本三者之间的平衡之后，选择42步进电机17HS4401。2.3.1分析问题42步进电机17HS4401具有运行的时候声音较小、发出的热量较低、运转时没有不良抖动、加速性能好等特点，参数如表2.1所示：型号步距角电压电流电阻电感保持转矩转动惯量引线数重量机身长（L）Deg.VA/φΩ/φMh/φN·CMg·cmPingmm43D10541.82.5-31.61.634257429834表2.142步进电机17HS4401（1）步进电机输出轴上转动惯量和扭矩计算：力矩=力*力臂，由于送丝轮半径为0.8cm，产生力矩=42*0.8=33.6N·CM以额定转速运行时送丝速度为：送丝速度=额定转速*送丝轮半径*π，则送丝速度=1000RPM*0.8cm*3.14=2512cm/min，超过所需的送丝速度，这个电动机满足使用需求。选用步进电机的种类的时候，需要估计并且计算物理方面的载荷和惯性载荷，计算打印设备对停启节奏的要求，使该步进电机停启节奏和固有停启节奏相匹配还有一定余量，并且在电机额定功率运行情况下也能满足打印机打印速率的要求。计算齿轮的减速比：i=（φ·S）÷（360°·Δ）式中φ为步进电机的步距角（°/脉冲）S为丝杆螺距（mm）；Δ（mm/脉冲）；则齿轮的减速比i=（1.8·0.5）/（360°/200）=0.5计算送丝轮、丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt：Jt=J1+（1/i2）（（J2+Js）+W/g（S/2n））式中Jt为折算至电机轴上的惯量（Kg·cm·S）；J1、J2为齿轮惯量（Kg·cm·S）；Js为丝杆惯量（Kg·cm·S）；S为丝杆螺距（cm）；则Jt=J1+（1/i2）（（J2+Js）+W/g（S/2n））=5.7*10（Kg·cm·S）计算电机输出的总力矩M：M=Ma+Mf+MtMa=（Jm+Jt）·n/T×1.02×10=（5.7*10+0）·1000/0.5·1.02×10=11176N·m式中Ma是电动机开始发动增加速度的力矩（N·m）；Jm、Jt是步进电机自己的转动惯量和负载情况下的转动惯量(Kg·cm·s2)；n是步进电机要达到的额定转速（r/min）；T是步进电机从静止加速到额定转速所需的时间（s）；Mf=(u·W·s)/(2πηi)×10=（0.02·4.8·0.5）/（2*1000*0.95*0.5）×10=5.05×10N·mMf为螺杆摩擦折算至电机的转矩（N·m）；u为摩擦系数；η为传递效率；Mt=(Pt·s)/(2πηi)×10=（0.01*0.5）/（2*1000*0.95*0.5）×10=5.26×10N·mMt为送丝轮阻力折算至电机力矩（N·m）；

Pt为线材和送丝轮最大阻力（N）；电动机承受载荷情况下起动发热频率估计和计算：步进电机的启动的频率和承受载荷时的扭矩和惯性有很大关系，其估计并计算的公式为：fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml]÷(1+Jt/Jm)]/2=3333.33/2=1666.67Hz式中fq是电动机有负载情况下的起动频率（Hz）；fq0是电动机没有负载情况下的起动频率；Ml是起动频率下由扭矩和频率的特性决定的电动机输出的力矩（N.m）；如果承受的载荷参数没办法精确计算,就按照fq=1/2fq0进行估算。步进电机运行时最高的频率和由静止加速到额定转速的时间计算：因为步进电机输出的扭力随着频率的升高不断下降，所以在步进电机转速最高时，由力矩和频率的特性可知，输出的扭矩应能驱动载荷，并且留有足够的扭矩。在最高功率运行时，电机的输出转动扭矩为42N·cm大于所需最大转矩33.6N·cm，所以该步进电机符合要求。承受载荷时的扭力转矩和最大静止时的力矩Mmax：承受载荷时的扭力转矩可以按（1）中算式计算，电机在最大运行速率时，由力矩和频率特性决定的电机输出扭力转矩要大于Mf与Mt之和，并保留一定的剩余量。大多数情况下，Mf和Mt的和应该比（0.2～0.4）Mmax小。由于Mf+Mt=5.05+5.26=10.31N·cm，0.4Mmax=0.4*42=16.8N·cm，Mf+Mt＜0.4Mmax，所以该步进电机符合要求。2.3.2设计过程参考有关文献，使用Pro/E软件绘制加热块夹具、散热管和挤出头零件图并且装配观察有关部件的干涉现象。挤出头部分的组成部件为加热块、材料输入管、散热管、快插头、散热风扇和喷嘴如图2.8所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC8挤出头部分的组成部件如下：加热块（如图2.9所示）：设计规格尺寸：20*16*11.5；材质：6061铝合金t6时效处理；重量：8g；使用配套螺钉跟垫片：M3*10和M3*4。加热块用于连接喷嘴和散热管，并且用于固定加热电阻。把加热电阻固定在加热块上之后进行加热，就能加热喷嘴，从而熔化喷嘴腔室内的材料。图2.SEQ图2.\*ARABIC9材料输入管（如图2.10所示）：规格：内部孔洞直径2mm，和散热管连接处螺纹直径M7，和加热块连接处直径M6，全长22.4mm；材料：316F不锈钢；功能：挤出头部分线材进入口；尾部钻4.2mm内孔，内部通入φ4*2的特氟龙管，使送丝过程中塑料线材和散热管内壁的摩擦阻力大大减少。图2.SEQ图2.\*ARABIC10材料输入管内部通特氟龙管使线材输入顺畅散热管（如图2.11所示），几何尺寸：和喉管连接处的螺纹直径为M7；和打印喷嘴连接处的螺纹直径为G1/8；打印线材送入孔部分直径为φ4.2（套4*2特氟龙管PTFE）；和散热管连接处的外径为φ12*3.7。图2.SEQ图2.\*ARABIC11散热管由于散热管的散热属性对打印头效果起到至关重要的作用，如果散热速率过慢，则会导致散热管内部熔融状态材料达到耐受温度250°以上，使打印材料降解，堵塞散热管，最终损坏打印头。本3D打印机头设计使用的材料中，ABS塑料的熔点最高，所以以ABS塑料作为参考，使用Pro/E软件对散热管进行有限元热分析。本打印头使用的ABS线材熔融温度为217°~237°，在分析过程中取中间值227°,查阅有关文献得知熔融ABS塑料与6061铝合金接触导热功率大约为0.7mw/（mmC）。因为加热电阻丝的最大功率为40W，故在管内加入40W的热载荷，通过有限元热分析如图2.12所示，可得在未使用散热风扇的情况下散热管最高温度可达294°，温度远高于ABS塑料的降解温度，所以必须采取相关散热措施。图2.SEQ图2.\*ARABIC12未采用散热措施时散热管工作状况热分析快插头（如图2.13所示）：快插头经过车床加工，尾部钻4.2mm内孔，远程送料管可以直通到喉管部分，减少送丝过程中与散热管内壁的摩擦。图2.SEQ图2.\*ARABIC13快插头5.散热风扇的选择：散热风扇直径和散热管匹配则效果较好，如果散热风扇直径小于散热管散热片区域有效长度，则会导致部分散热片没用上，影响散热效率；如果风扇直径过大则会导致部分吹出的流量没有经过散热片就流失了，经济型较低，而且超尺寸的风扇占用体积过大，容易对其它零部件造成干涉。经过筛选，发现140605DF2N5风扇直径与散热管接近，较为合适，通过Pro/e建模如图2.14所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC14140605DF2N5风扇利用Pro/E软件对散热管在加装140605DF2N5风扇时的散热状况进行有限元热分析，当风扇功率为50%，室温25°的情况下，其分析结果如图2.15所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC15风扇50%功率状态下散热管热工作状态热分析从分析结果中的得知，散热管的最高温度已经降低至241°，低于ABS塑料的降解温度，但是仍然高于ABS塑料在熔融工作状态的正常温度217°~237°，设置风扇工作功率为100%并再次进行热分析如图2.16所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC16散热风扇以最大功率工作时散热管的热分析图从图2.16可知，当散热风扇和加热电阻均以最大功率运作时，散热管最高温度可以被控制在204°，低于ABS塑料的最低熔点217°，所以在保持最高打印速率的同时，140605DF2N5风扇仍然能够将散热管温度控制在工作范围以内。使用M3螺丝将风扇模组通过Pro/e软件和挤出头模组进行装配论证可行性，观察是否干涉如图2.17所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC17风扇和打印头模组装配图模型装配结果论证了140605DF2N5风扇与挤出头模组通过连接件连接后没由干涉现象，该风扇方案可行。喷嘴的设计过程：经过研究发现大多数小型熔融堆积三维打印机的喷嘴规格较为接近，在对比若干熔融堆积三维打印机喷嘴输入端内径和使用线材直径后发现为保证输入顺畅，输入端内径设计得比线材直径略大，本设计采用的是1.75mm线材，为了加工的便利性和输出的顺畅度，将输入端内径设计为2mm。从经济性、打印速度和所需打印精度方面来考虑，输出孔内径采用0.35mm，输出面积为S=πr=0.096mm，r为输出端内径。由于输入面积S=πr=3.14mm，r为输入端内径，所以喷嘴的最高挤出速率为：v=送丝轮外径的最高线速度*线材横截面积和输出端横截面积之比=1000*8*2.404/0.096≈200m/min。喷嘴通过M6螺纹和加热块进行连接。喷嘴如图2.18所示：图2.SEQ图2.\*ARABIC18挤出头喷嘴部分3结论通过计算结果分析，我发现42步进电机17HS4401满足设计需求，该步进电机具有低噪音、低发热、运行平稳、加速性能好等特点，发热量低，无需外部风扇散热就可以维持正常工作温度，扭矩较强，电机正产工作时，输出扭矩可保持在相对于最大扭矩较低的范围，工作稳定，提速迅速，可满足经常启停的工作环境，不易产生异常抖动。并且该电机价格低廉，可以有效降低制作成本，最终决定采用42步进电机17HS4401作为送丝轮的驱动电机。通过在3D打印论坛研究多种挤出头特性，对比研究多种挤出头的优缺点，最终决定设计采用该挤出头模组。该挤出头组成部分具有集成度高、接口定制空间高、性能稳定、成本较低等优点，而且挤出头挤出精度可以达到0.1mm的设计需求，挤出所需压力以及加热融化线材速率与42步进电机在额定功率运转下输出线材速率相匹配。该挤出头散热管散热面积较大，经过Pro/E的有限元热分析发现在没有散热风扇的状态下打印头最高温度可达294°，但是通过加装风扇冷却装置可以达到很好的散热效果，在加热电阻丝以最大功率40W熔化ABS线材的同时，散热风扇在额定功率内运作时也可以将打印头最高温度控制在217°~237°范围内，在满足散热的同时可以实现打印头以最大速度输出打印材料，可满足对打印速度的要求。在散热设备方面，140605DF2N5风扇直径与散热管的长度相当，可以在实现较高的散热效率的同时达成较好的空间利用率，在设计并添加一块连接板之后，可将该风扇固定在E2D-V6连接板上，符合设计需要，在通过有限元热分析后发现该风扇可以在打印头以最大功率工作时满足散热需要，而且该风扇价格较同类风扇更低，满足经济性需要，故最终选用140605DF2N5风扇作为3D打印机的散热风扇。而将喷嘴喷出孔直径设计为0.35mm则可以在打印精度满足设计需求的同时实现最高200m/min的出丝速度，同时也保证了打印速度。参考文献［1］王金宏.基于3D打印技术的随形冷却塑料模具制造技术[J].模具制造,2018,18(01):71-76.［2］刘曦明,曾文波.3D打印技术在骨盆髋臼骨折手术治疗中的研究进展[J].创伤外科杂志,2018,20(01):1-5.［3］杜姗姗,周爱军,陈洪,董绪燕,魏芳,吕昕.3D打印技术在食品中的应用进展[J].中国农业科技导报,2018,20(03):87-93.［4］蒲以松,王宝奇,张连贵.金属3D打印技术的研究[J].表面技术,2018,47(03):78-84.［5］陈绍军,叶旋,钟燕辉.3D打印技术在生物医用高分子材料制备领域的应用进展[J].广东化工,2018,45(04):123-124+126.［6］杨伟,陈正江,补辉,冯晓娟,施吉刚,王聪.基于工程塑料的3D打印技术应用研究进展[J].工程塑料应用,2018,46(02):143-147.［7］高国华,任晗,王皓,李炼石,董增雅,夏齐霄.热塑性聚氨酯材料柔性外壳3D打印技术[J].北京工业大学学报,2018,44(04):497-506.［8］扈恩同.3D打印技术在机械制造中的应用研究[J].世界有色金属,2018(01):42-43.［9］黄忠,韩江.金属3D打印技术的发展现状及制约因素[J].山东农业工程学院学报,2018,35(03):40-43.［10］李翔,王子健.基于3D打印技术的儿童玩具定制平台设计[J].包装工程,2018,39(08):211-216.［11］张雨明,吴锐.我国3D打印技术研究及产业化发展现状[J].中国材料进展,2018,37(03):237-240.［12］唐洋,陈海锋,刘志强,肖倩.3D打印技术产业化现状及发展趋势分析[J].自动化仪表,2018,39(05):12-17.［13］尹光辉,陈杭,游俊,夏娟.3D打印技术在工业设计上的研究[J].科教导刊(中旬刊),2018(04):52-54+57.［14］何志明.3D打印技术对产品的影响[J].包装工程,2018,39(10):188-193.［15］陈雪芳,孙春华.3D打印技术及其应用[J].苏州市职业大学学报,2018,29(01):18-25.［16］任何东,杨景宇,李超林,刘海琼,张小山.3D打印技术及应用趋势[J].成都工业学院学报,2018,21(02):30-36.［17］江本赤,王建彬,王刚.一种面向3D打印技术的STL模型快速分层算法[J].新乡学院学报,2018,35(06):61-65.［18］谭琛,宋伟奇,谢帮灵.高校基于3D打印技术的模具课程教学策略研究[J].模具工业,2018,44(07):65-68.［19］陈志茹,夏承东,李龙,楚瑞坤,周德敬.3D打印技术研究概况[J].金属世界,2018(04):9-14+19.［20］刘倩楠,张春江,张良,胡小佳,余永名,胡宏海,黄峰,田芳,谭瑶瑶,戴小枫,张泓.食品3D打印技术的发展现状[J].农业工程学报,2018,34(16):265-273.［21］程贵顺.3D打印技术及其应用分析[J].科技传播,2018,10(21):78-79.［22］纪海峰.3D打印技术与传统制造技术的分析与对比[J].农机使用与维修,2018(11):3-4.［23］李勇,巴发海,许鹤君.3D打印技术的发展和挑战[J].理化检验(物理分册),2018,54(11):799-804+825.［24］PaulG.3Dprintingtechnologyanditsapplication[J].Anatomicalscienceseducation,2015,10(3):430-450.谢辞很快大四下班学期也将要结束了，在繁忙的实习工作间隙中完成了毕业设计。感谢指导老师杨立斌对我和我共同小组成员的精心指导，从选题一直到设计给予小组和我莫大的帮助。开始设计之时老师就悉心给我们介绍3D打印机的相关知识，并且让我们学习前辈学长们的设计，从中寻找设计方面的灵感。当我在设计方面遇到问题时，杨老师也是非常大方地给出了关键的建议，给我的设计带来了莫大的帮助。当设计存在不足之处的时候，杨老师很明确地指出了设计的问题并纠正，让我少走许多弯路，杨老师不仅是我毕业设计的导师，更是我人生的导师。感谢同一小组的江庆浩和潘俊澎同学，在毕业设计的过程中给予我的莫大帮助。3D打印机是我们从未接触过的领域，虽然前人在这方面已经进行了许多有关的研究和设计，但是对我们来说仍然是一片未知领域。感谢两位同学在研究和学习过程中不啬分享关键的资料，交流设计方面的心得，在建模时分享所绘制的模型，方便我进行参考和对接，在选定购买的部件时花时间一起讨论可行性和各零部件方面的适配性，为装配带来了许多便利，没有两位组员的大力相助，就没有最终的FDM3D打印机成品。感谢大学四年以来一起学习的同学，相识是缘，感谢同学在学习和校园生活中给我带来的莫大帮助，在一起学习基础课程、绘图、建模的过程中互相帮助，使我的基础知识和专业知识得到了更大的提高，在相处过程中也教会我许多人生哲理，这些知识将使我终生受益，最为直接的，在毕业设计中就应用到了许多和同学交流过程中学习到的建模知识。感谢大学四年以来所有教育过我的任课老师，知识是神圣的，教书育人是一份神圣的工作，知识是人类智慧的结晶，在最后的校园生活中，老师在课堂上兢兢业业传授知识的场景和老师传授的知识也将被我长久记住，老师敬业的精神和对知识的尊重对我起到了莫大的影响，我将把这份精神带到日后的工作中，给社会创造更多价值，提高家人的生活水品。感谢父母的养育之恩，没有父母对我学业的大力支持，就没有我的今天，感谢父母从小对我的教育，在精神和经济方面全面支持我完成学业，这种不求回报的出资出力是最为难能可贵的。附录附录1设计成品组装照片附录23DprintingtechnologyanditsapplicationPaulGAbstract3Dprintingtechnologyintheindustrialproductdesign,especiallytheapplicationofdigitalproductmodelmanufacturingisbecomingatrendandhottopic.Desktoplevelgraduallymatureandapplicationof3DprintingdevicesbegantopromotetheriseoftheGlobal3Dprintingmarket,GlobalindustrialAnalysiscompany(GlobalIndustryAnalysisInc)researchreportpredictsGlobal3Dprintingmarketin2018willbe$2.99billion.Keywords:3Dprinting;Application;Trend13Dprintingand3Dprinters3Dprintingand3Dprintingaretwoentirelydifferentconcepts.3Dprintingisseparatedintodifferentanglesthepictureofthered,bluetwoimages,thenthetwoimagesaccordingtotheregulationofparallaxdistanceoverprinttogether,usingspecialglassestocreatethe3Dvisualeffect,orafterspecialtreatment,thepictureprinteddirectlyonthespecialgratingplate,thusrendering3Dvisualeffectofprintingtechnology.And3Dprintingreferstothe3Dink-jetprintingtechnology,stackedwithhierarchicalprocessingforms,printincreasestepbystepamaterialtogeneratea3Dentity,meetwith3Dmodels,suchaslaserformingtechnologyofmanufacturingthesamereal3Dobjectdigitalmanufacturingtechnology.3Dprinters,dependingonthetechnologyusedbyitsworkingprinciplecanbedividedintotwocategories:1.13Dprinterbasedon3DprintingtechnologyBasedon3Dprintingtechnologyof3Dprinter,bystoredbarrelsoutacertainamountofrawmaterialpowder,powderonprocessingplatformisrollerpushedintoathinlayer,thentheprintheadinneedofformingregionaljetisakindofspecialglue.Atthistime,mettheadhesivewillrapidlysolidifiedpowderbinder,anddoesnotmeettheadhesivepowderremainloosestate.Aftereachspraylayer,theprocessingplatformwillautomaticallyfallabit,accordingtotheresultofcomputerchipcycle,untiltherealfinished.Afterjustremovetheouterlayeroftheloosepowdercanobtainrequiredformanufacturingthree-dimensionalphysical.1.23DprintersbasedonfuseddepositionmanufacturingtechnologyBasedonfuseddepositionmanufacturingtechnologyoftheworkingprincipleof3Dprinterisfirstinthecontrolsoftwareof3DprintersintophysicaldatageneratedbyCADandtreatedgeneratedtosupportthemovementofmaterialsandthermalspraypath.Thenhotnozzlewillbecontrolledbycomputeraccordingtothephysicalsectioncontourinformationinprintedplanarmotionontheplane,atthesametimebythermoplasticfilamentousmaterialforwireagencysenttothehotshower,andafterthenozzletoaddheatandmeltintoaliquidextrusion,andsprayinginthecorrespondingworkplatform.Spraythermoplasticmaterialontheplatformafterrapidcoolingformtheoutlineofathicknessof0.1mmwafer,forminga3Dprintingsection.Theprocesscycle,load,decreaseofbenchheightthenlayersofcladdingformingstacked3Dprintingsection,ultimatelyachievethedesiredthree-dimensionalobject.2Theapplicationof3DprintingneedsThe3Dprintingtechnologysupportforavarietyofmaterials,canbewidelyusedinjewelry,footwear,industrialdesign,construction,automotive,aerospace,dental,medical,andevenfood,etc.Differentareas.,accordingtotherequirementsofapplicationtargetsusedbymaterialwithresin,nylon,gypsum,ABS,polycarbonate(PC)orfoodingredients,etc.3Dprintersofrapidprototypingtechnologyhasadistinctadvantageinthemarket,thehugepotentialintheproductionapplication,hotapplicationsoutlinedbelow.2.1Industrialapplications"Aircycling"islocatedinBristol,UKtheEuropeanaeronauticdefenseandSpaceCompanyusing3Dprinters,applicationof3Dprintingtechnologytocreatetheworld'sfirstprintbike.Thebiketouseasstrongassteelandaluminumalloymaterialofnylon,theweightis65%lighterthanmetalmaterials.Moreinterestingly,"airbike",chainwheelsandbearingsareprintedatatime,withouttheoriginalmanufacturepartsfirst,andthenthepartstogetherofassemblyprocess,afterprinting,bicycleswillbeabletomovefreely.Bicyclemanufacturingprocesslikeprintingdiscontinuousingraphicprintassimplelines,3Dprintercanprintouttheobjectspaceisnotconnectedtoeachother.2.2MedicalapplicationsInmedicine,theuseof3Dprintingwilltwo-photonpolymerandbiologicalfunctionalmaterialscombinationmodifiedintothecapillaries,notonlyhasgoodflexibilityandcompatibilityofhumanbody,alsocanbeusedtoreplacethenecrosisofbloodvessels,combinedwithartificialorgans,partlyreplacingexperimentalanimalsindrugdevelopment.BiotechnologyinGermanyinOctober2011show,BiotechnicalFair),using3Dprintersprintartificialbloodcapillarytoattracttheattentionoftheparticipants,theseartificialcapillaryhasbeenappliedinclinicalmedicine.2.3applicationofdailylife"3Dfoodprinter"isdevelopedbyCornellUniversityinNewYork,theUnitedStatesfoodmanufacturingequipment.The"3Dfoodprinter"usedsimilarroutinecomputerprinters,theworkingprincipleofingredientsandingredientsinthecontainer(cartridge)inadvanceonlyneedtoentertherequiredrecipe,bysupportingtheCADsoftwarecankeepthefood"printout".Formanychefs,thenewkitchencookingmeansthattheycancreatenewdishesmakefoodmoreindividuality,higherfoodvalue.Usingthe"3Dfoodprinter"makingfood,fromrawmaterialstofinishedproductscansignificantlyreducethelink,soastoavoidthepollutioninthelinksoffoodprocessing,transportation,packingandsoonandpreservation,etc.Becauseofthecookingmaterialsandingredientsmustbeplacedintheprinter,sofoodrawmaterialsmustbeliquidorothercan"print"state.2.4ITapplicationsRecently,agroupofresearchersinDisney'suseof3Dprintinginthesameeffectwiththeorganicglasshighpervioustolightplastic,atlowcosttoprintouttheLCDscreenwithavarietyofsensors,realizethenewbreakthroughintheITapplications.Using3Dprintinglightpipecanproducehigh-techinternationalchess;thechesspiecescandetectanddisplaythecurrentlocation.Althoughthemonochromescreencomparedwithinthedailylife,richandcolorfuldisplaysomeinsignificant,butithasa3Dprintingtheadvantagesoflowcost,simplemanufacturingprocess.Inadditiontothedisplayscreen,theuseof3Dprintingwillalsobeabletoprintoutavarietyofsensors.Thesesensorscanbethroughthestimulationsuchasinfraredlighttodetecttouch,vibration