桌面级FFF技术3D打印机热端设计

摘要率(俗称材料热端堵头)等方向进行了详细阐述。第一章绪论1.2研究目的和意义3D打印技术是代表未来的第三次工业革命技术，全世界各国家都在研究3D打印技中国一直以来以制造大国，而非制造强国的形象展现在全世界人的印象里机行业也一样。工业级机器可以生产各类高性能的材料，但价格也不菲，均价在人民币售价在人民币5000元左右，适应市场为DIY群体，行业内称之为桌面级，本文所设计的控制在人民币10万以内，在需要达到工业级精度及性1.3研究方法和结论本文将运用傅利叶定律分析法，对3D打印机热端设计不同打印材料的热端结构，同时满足3D打印使用功能，大接下来，本文将从打印耗材的特性与温度的关系、控及散热的关系、热端结构故障率(俗称材料热端堵头)等方向进行详细阐述，本文中所研究的热端结构可以很好的解决打印耗材的适应及热端堵头故障。第二章正文-桌面级FFF技术3D打印机热端设计2.1桌面级FFF技术3D打印机概念3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新2.1.4主要的3D打印技术类型(1)FDM(FusedDepositionModeling):熔融层积成型技术，即本文中的“FFF”(2)SLA(StereoLithographyAppearance):立体光固化(3)SDP(Three-DimensionalPrinting):三维印刷(4)SLS(SelectedLaserSintering):选区激光烧结技术(5)DLP:激光成型技术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，我国是1986年CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机2011年6月6日发布了全球第一款3D打印的比基尼2011年7月英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机2011年8月南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机2013年10月全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品计制造出3D打印金属手枪2016年2月3日，中国科学院福建物质结构研究所3D打印工程技术研发中心，宣布 (DLP)3D打印机达$10.69亿，在未来三年保持超过20%的增长速度，至2012年达到$22.04亿的市场规模。2013年全球3D打印产业更是突飞猛进，增长幅度达到81.49个百分点，高达$40亿¥10亿左右，2013年翻了一番，达到¥20亿。但是与美国、德国等发达国家相比，中国联盟的预测，中国的3D打印产值在2014年预计将达到¥40亿到¥50亿的规模，到2016年将增加到¥100亿，预计是2012年(¥10亿)的十倍，使中国超过美国占全球3D打印2.2桌面级FFF技术3D打印机热端结构设计2.2.13D打印机简介有效打印面积为305*305*605mm,下2.2.2打印耗材的特性介绍表1常用耗材打印温度表打印耗材需求热端温度建议温度备注碳纤维尼龙PA尼龙木质2.2.3热端结构介绍甜敌热器甜敌热器1钛喉管上端2铁氟龙喉管3钛喉管下端4隔热区5加热块连接区6喷嘴连接区图2热端结构剖面图图3热端装配图图4热端3D图是钛金属材料，下端亦是钛金属材料，中间是镶件铁氟龙材料(工业名为聚四氟乙烯),2.3桌面级FFF技术3D打印机热端设计理论图5铝散热器图6铝加热块导率低，是钢的1/5,铝的1/13,铜的1/25,良好的综合力学机械性能，强度大，喉管在图7钛喉管材打印温度，如图8:图8铜喷嘴2.3.2理论分析dq×-ds.ot/on或dq=-λds.at/on表2常用金属的导热系数常风材料导热系数(20°C)金属/合金牌号导热系数电阻率/uΩ.m固态液态银铜金铝铁锡铅锌钛镍铸铁黄铜青铜铸铝不锈钢图10:图9热端组件图10双热端组件运用270℃(喷嘴出料嘴温度)出料嘴、散热片铝散热器+钛喉管+铜喷嘴风扇参数：如下图11、图12:数值0压差压差6图11散热片风扇参数图0体积流量图12喷嘴端散热风扇图仿真模型，如下图13:图13仿真模型图图14设定加热温度图4a图15温度仿真图一(图16温度仿真图二图17温度仿真图三图18散热气流运动图2.5桌面级FFF技术3D打印机热端实际运用测试根据以上设计及模拟数据，选用福禄克(FLUKE)F51-IⅡ双通道接触式K型高精度测温仪进行10组产品进行测试，测试条件设定：3D打印机主屏幕设定热端温度300°C,实表3F51-Ⅱ产品技术参数温盘准确度高于-100C时K、T、E和N塑操头精度为：±(0.05%+0.3'C)JKsTE和N型探头精酸为(0.20%J型：-210*C至1200*C温标遇用标准NIST-75最示分解率机樟参数只有63-IB丶54-IIB可以■NRS服热电偶尺寸适用标准400g电池3节5号电池，典型的电池寿命为1000小时测试位置见下图19:图19实际测试位置图测试数据见下表4:表410组样本测试记录表设定温度加热时间5分钟机器显示温度位置/样本样本样本二样本三样本四样本五样本六样本七样本八样本九样本十位置一温度位置二温度2.5.2实际打印性能测试本文技术在经过内部100台设备24小时连续测试30天后，正式运用于上海复志公司 厚支持0.01mm,XY轴定位精度0.0125mm,Z轴0.00125mm,支持打印速度10~150mm/s,实际打印产品的尺寸误差±0.1mm,具体测试如下图20、21、22、23所示。图20不同材料测试图图21悬垂精度测试图图22双色及支撑测试图图23双色尺寸精度测试图2017年Raise3D的N系列打印机被美国权威机构Make(创客)技术测评为全球年度最佳3D打印机，同时被欧洲最大在线3D打印机线上平台3DHubs评为全球年度最佳桌面本次突发新冠疫情，全球都处于共同抗击疫情阶段，在2月18号由上海华山医院牵第三章结论[1]余冬梅，方奥，张建斌.3D打印：技术和应用[J].金属世界，2013,(6):6-11.2015(10):182-183.现状与发展趋势[J].化工新型材料，2015(6):228-230+234.[5]孙亮，石鑫.3D打印技术的应用与发展[J].浙江水利水电学院学报，2015,(2):66-69.[6]徐秉君.3D打印机-打造未来世界[J].科技创新与品牌，2013,(8):72-75.24-26.[9]OmP.Singh,Sheikh