3D打印机组装与调试 课件 第9讲3D打印机的传动部件和挤出部件

3D打印机的传动与挤出部件授课教师：陈金英3D打印机组装与调试3D打印机的传动部件3D打印机的挤出部件思考题0102033D打印机组装与调试3D打印机的传动部件组装3D打印机的传动部件包括同步带、同步带轮、丝杠、联轴器、齿轮和减速机等。同步带同步带轮丝杠3D打印机的传动部件同步带与同步带轮1（1）同步带与同步带轮的作用同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿型的环行带及具有相吻合的带轮所组成。运行时带齿与带轮的齿槽相啮合，传递运动和动力。综合了皮带传动、链传动和齿轮传动的特点。3D打印机的X轴、Y轴都使用同步带传动。常见的同步带宽度分别为5mm、6mm，齿与齿间的距离在2～5mm，齿形有T形齿和圆弧齿。与同步带轮配套使用。同步带的齿形3D打印机的传动部件（2）常用的同步带与同步带轮的型号01T5同步带01T5同步带的齿距为5mm02早期3D打印机常用的同步带，同步带轮可使用3D打印机打印出来。03测试证明，齿距为5mm的同步带轮是最容易打印的，所以Reprap3D打印机大多都使用T5同步带。3D打印机的传动部件（2）常用的同步带与同步带轮的型号02T2.5同步带随着3D打印技术的发展，对3D打印机定位精度的要求更高，逐渐开始使用T2.5同步带和CNC铝制同步带轮，相比T5同步带精度有很大的提升。T2.5同步带的齿距为2.5mm。3D打印机的传动部件（2）常用的同步带与同步带轮的型号03XL和MXL同步带XL同步带的齿距为5.08mm，MXL同步带的齿距为2.032mm。商业型3D打印公司为提升3D打印机的定位精度，开始使用工业级的同步带，即XL或者MXL同步带。XL、MXL同步带齿形都为圆弧形，相比T形同步带，其同步带和带轮间的间隙更小，精度更高。3D打印机的传动部件

01GT2同步带专门为直线运动设计，圆弧齿形，往复运动回差很小，如GT2同步带轮。这种专用的同步带轮成本高，生产厂家不多。多数爱好者使用GT2同步带对3D打印机进行升级。04GT2和HTD-3M同步带

02另外，还有很多工业级的3D打印机生产商，如3Dsystem公司使用HTD-3M同步带。在DIY打印机中并不常使用，只有生产商会选择这种同步带，精度非常高。注意不同型号的同步轮和同步带不能通用的3D打印机的传动部件

03总结在选择同步带轮时需要注意同步带轮的齿数。同步带轮齿数多，步进电动机运动的分辨率高，但挤出轮直径増大，转矩下降，适合高转速运动；同步带轮齿数少，步进电动机运动的分辨率虽然低些，但挤出轮直径减小，转矩增大，适合低速运动。3D打印机的传动部件（3）参数的应用计算打印机运行1mm时，各轴所需要的脉冲数是多少？举例：步进电机的步距角为1.8度，其脉冲个数为200，步进电机驱动细分为16细分，所使用的同步轮有15个齿，同步带型号是GT2，即节距2mm的同步带。

由上述条件可知，根据计算公式得：同步带带动打印头或者热床前进1mm时，所需要的脉冲个数为106.67个。

3D打印机的传动部件丝杠2（1）丝杠的分类在3D打印机中使用的丝杠有T形丝杠、滚珠丝杠、普通丝杠。有的3D打印机其Z轴经常使用丝杆进行传递动力。丝杆传动的优势具有精度高，传动效率高；其缺点是速度慢，要频繁移动X和Y轴，Z轴打印完一层后，才会升高一层，所以不需要很高的速度。T形丝杠3D打印机的传动部件1）T形丝杠T形丝杠在商业3D打印机中大量应用；容易结合具体的应用来进行调整，以达到预期性能；同时将成本控制在最低限度。01优点是精度有保障，价格低廉，Z轴一致性好；缺点是这种类型的丝杠也避免不了左右晃动。023D打印机的传动部件01滚珠丝杠在工业级的3D打印机大量使用，可以连续运行，承受较高的负载，达到更快的运行速度，具有良好的可预测性，因此成本也增加。2）滚珠丝杠02优点是精度高，一致性好，运动过程中不存在晃动；缺点是价格昂贵。滚珠丝杠3D打印机的传动部件3）普通丝杠普通丝杠在DIY3D打印机中经常使用。Reprap3D打印机使用的普通丝杠连接框架主体，直径为8mm的不锈钢丝杠，控制Z轴的升降。01普通丝杠的优点是价格非常便宜，市场中容易买到，不需要专用螺母(普通M5、M8螺母即可)，缺点是晃动较大，精度不ー致。04最早的Mendel3D打印机使用的是直径为8mm不锈钢普通丝杠。02新一代的Prusa系列的3D打印机，使用的直径为5mm的不锈钢普通丝杠。03普通丝杠3D打印机的传动部件注意：1）查看螺线的条数时可以观察丝杆的头部，有几个丝口入点就是几头。2）查看螺距时可以在丝杆上涂一点墨水，然后再纸上滚一下，直接测量纸上的距离即可。（2）丝杠的主要参数1步进电机的步距角；步进电机驱动板细分；2丝杆的重要参数是：螺距（P）、导程（L）、头数（n）；3螺距是相邻两个螺线的距离；导程是丝杆旋转360度，T型螺母移动的距离；头数是丝杆上螺线的数量，图中用不同的颜色表示出不同的螺线。43D打印机的传动部件

（3）丝杠传动的计算Z轴上升或者下降1毫米时，需要的脉冲信号数是多少？举例：步进电机的步距角为1.8度，其脉冲个数为200，步进电机驱动细分为16细分，所使用的步进电机驱动的丝杠是4头且螺距2mm，那么导程为8mm。由上述条件可知，根据计算公式得：Z轴上升或者下降1毫米时，所需要的脉冲个数为400个。

3D打印机的传动部件黄铜和不锈钢等材料的齿轮，其齿形为直齿和凹形等形式，挤出轮的齿数有26齿、36齿、40齿等等。3D打印机的送料部分是齿轮与料紧紧的挤在一起，产生很大的摩擦力。通过齿轮转动推动材料向下或者向上，所以齿轮上的某一点旋转一周产生的距离就是料移动的长度，等于齿轮的周长。MK8上的齿轮直径是11mm，所以齿轮旋转一周的周长就是3.14*11=34.54mm。注意：测齿轮直径可以用尺子，也可以用线在齿轮上绕一周，记录下位置，然后测其长度。0304030102挤出齿轮齿轮驱动3（1）挤出机的齿轮3D打印机的传动部件

挤出机材料移动1mm时，需要的脉冲信号数是多少？举例：步进电机的步距角为1.8度，其脉冲个数为200；步进电机驱动细分为16细分；所使用的电机旋转一周，通过挤出机齿轮推动材料移动34.54mm。由上述条件可知，根据计算公式得：电机旋转一周，挤出机齿轮推动材料移动1mm时，所需要的脉冲个数为92.64个。

（2）挤出机齿轮驱动的计算3D打印机的挤出部件近端挤出机1早期的RepRap打印机最常用的是近端挤出机，采用齿轮减速，直流电机驱动一个紧压着塑料丝原料馈入的螺丝，经过加热熔化，再挤压到喷嘴。01由于大的惯性，直流电动机无法快速启动或停止，所以很难精确地控制。02新的挤出机使用步进电机驱动熔丝、在样条轴或凸边轴和滚珠轴承之间夹丝。只打印一种材料时，使用近端挤出机最为合适、高效。03流行韦德挤出机(Wade＇sGearedExtruder)。其优点是价格实惠(不需要使用昂贵的齿轮件)、组装简便、挤出速度快、PTFE管方便固定、不需要大转矩电动机。043D打印机的挤出部件PTFE管是聚四氟乙烯，具有极优的化学稳定性，能耐所有强酸、强碱、强氧化剂，与各种有机溶剂也不发生作用。05使用温度范围较广，常压下可以长期应用于-180℃~250℃，在250℃高温下处理1000h后，其力学性能变化很小。06近端挤出机3D打印机的挤出部件远程挤出机2挤出机的拆卸视频远程挤出机在三角洲机器中普遍使用。使用减速步进电动机直接驱动挤出齿轮，实现远程送料，电动机靠近料盘，送料会更流畅一些。01在结构方面减轻了打印头的质量，所以打印头运动更平稳，速度也更快。02MK8全金属远程挤出机挤出机的安装视频3D打印机的挤出部件热熔挤出头3(1)分体挤出头3D打印机中热熔挤出头是核心部件。使用最广泛的是分体挤出头、一体化挤出头。分体挤出头的最前端可更换不同尺寸的打印喷嘴，常用喷嘴的直径尺寸为0.3mm、0.4mm、0.5mm，如不同尺寸的黄铜喷嘴。其中，MakerBot使用的热熔挤出头是分体挤出头，喷嘴材料有铝制和黄铜之分。喷嘴的材料与尺寸及其剖面图3D打印机的挤出部件(2)一体化挤出一体化挤出分为3部分，最底端为铝制喷嘴及连接部件，其连接部件的材料为PEEK，内部为PTFE管。贯穿喷嘴和连接部件，连接部件通常加工成孔状，更利于散热。J-Head是一体化挤出头，其设计合理，安装简便可靠性高。04PEEK材料可以耐温至340℃，拥有高强度的力学性能，隔热性能优异。纯黑色的PEEK中添加墨纤材料，PEEK耐温更高，隔热和力学性能更好。PTFE管可防止打印材料泄漏，挤出和回退材料更显著。注意：底端喷嘴内部大多加工成锥形结构，使用PTFE管时底端也需要切削成锥形，使其彼此匹配。J-Head挤出头0301023D打印机的挤出部件根据3D打印机打印精度，选择喷嘴直径的大小。小直径喷嘴的打印精度高，大直径喷嘴的打印速度快。一体化挤出头E3D，经历了从第一代E3DV1到E3DV6设计上不断改进和革新。利用挤出丝材料的特性，最优化的温度控制，并不断扩大挤出头内部空间。挤出量得到最大的提高，在保证打印质量的前提下最大限度地提高打印喷头的出丝速度。挤出头加工简单，全部使用铝合金材料，散热性能更好，价格相对低廉，性能优异，使用广泛。0509060708E3DV6挤出头思考题3D打印机的传动部件都