熔融沉積型3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及其零件誤差對精度影響

1、 熔融沉積型3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及其零件誤差對精度影響閆昌紅 （山西鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，山西 太原，030013）摘要：對于一些小型機(jī)械工藝復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用傳統(tǒng)加工工藝方法，存在工藝復(fù)雜，加工費(fèi)時，而采用熔融沉積型3D打印機(jī)制造加工成型件，工藝相對簡單，但其表面質(zhì)量和加工精度，還需提高。為提升成型件精度和加工質(zhì)量，本文就3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及其零件誤差對成型件精度的影響做了分析，得出X、Y軸圓柱度誤差、同步帶變形對噴頭定位精度存在影響，工作平臺調(diào)平結(jié)構(gòu)中彈簧變形、絲杠螺母磨損對平臺定位精度存在影響。關(guān)鍵詞：熔融沉積型3D打印機(jī)；精度；零件誤差Mechanical Structure of

2、 Fused Deposition 3D Printer and Influenceof Part Error on AccuracyYAN Chang Hong （Shanxi Railway Vocational and Technical College,Shanxi,Taiyuan）Abstract: For the structure of some small machinery with complex process, the traditional processing method has the problems of complex process and time-c

3、onsuming processing. However, the process of using fused deposition 3D printer to manufacture molded parts is relatively simple, but its surface quality and processing accuracy still need to be improved. In order to improve the precision and processing quality of the molded parts, this paper analyze

4、s the influence of the mechanical structure and part error of 3D printer on the precision of the molded parts, and concludes that the cylindricity error of X and Y axes and the deformation of synchronous belt have an impact on the positioning accuracy of the sprinkler head, and the spring deformatio

5、n and the wear of the screw nut in the leveling structure of the working platform have an impact on the positioning accuracy of the platform.1.前言在傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)中，對于一些小型機(jī)械工藝復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用傳統(tǒng)加工工藝方法，存在工藝復(fù)雜，加工費(fèi)時，成本高等弊端。隨著時代進(jìn)步，科技發(fā)展，出現(xiàn)了增材制造加工方法，應(yīng)用的3D打印機(jī)設(shè)備有熔融沉積型（FDM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、光固化成型（SLA）以及三維粉末黏結(jié)（3DP）。熔融沉積型3D打印機(jī)通過對材料加

6、熱融化，控制系統(tǒng)根據(jù)切片軟件生成的程序代碼，控制X、Y軸電動機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動噴頭噴嘴移動，噴嘴進(jìn)行吐絲動作，形成成型件單層的形狀輪廓；控制系統(tǒng)控制Z軸移動，帶動工作平臺移動，實(shí)現(xiàn)成型件分層加工，通過上述兩方面的加工，生成成型件。目前，通過熔融沉積型3D打印機(jī)加工制造的零件，其表面質(zhì)量和加工精度有待提高。為提升其精度和質(zhì)量，本文就3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及其零件誤差對精度的影響做了分析。2.熔融沉積型3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成及其功能熔融沉積型3D打印機(jī)的組成可以分為機(jī)械部分和控制系統(tǒng)兩大部分。其機(jī)械部分分為送料機(jī)構(gòu)、加熱裝置、擠出機(jī)構(gòu)、工作平臺、噴頭水平移動機(jī)構(gòu)、工作平臺升降機(jī)構(gòu)、動力裝置等。（1）送料

7、機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)由電動機(jī)提供動力，電動機(jī)輸出軸上安裝有滾輪，滾輪轉(zhuǎn)動時，帶動絲狀材料移動，輸送到噴頭機(jī)構(gòu)，輸出材料。（2）工作平臺升降機(jī)構(gòu)工作平臺用來承載成型件材料，工作平臺機(jī)械結(jié)構(gòu)中有兩部分。一部分是工作平臺調(diào)平機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，由彈簧、螺栓連接組成，利用微調(diào)螺栓上螺母來調(diào)整彈簧壓縮的程度，從而調(diào)整工作平臺的水平程度；另一部分是工作平臺在Z軸方向的移動，由電動機(jī)提供動力，其輸出軸與絲杠通過連軸器相連接，輸出軸轉(zhuǎn)動時，帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠與螺母組成運(yùn)動副，絲杠旋轉(zhuǎn)帶動了螺母沿絲杠上下往復(fù)移動，螺母部分與噴頭相連接，從而帶動噴頭移動。其實(shí)物結(jié)構(gòu)圖，參見圖1。 圖1 圖2（3）噴頭水平移動機(jī)構(gòu)噴頭水平移動方

8、向分為X軸、Y軸方向。噴頭水平X軸方向移動由電動機(jī)提供動力，電動機(jī)與輸出軸通過聯(lián)軸器連接，輸出軸上安裝有齒輪，利用同步帶與齒輪相嚙合來實(shí)現(xiàn)傳動，同步帶帶動噴頭裝置在圓柱光軸上移動。噴頭水平Y(jié)軸方向移動與X軸方向移動相似。其實(shí)物結(jié)構(gòu)圖，參見圖2。3.熔融沉積型3D打印機(jī)機(jī)械零件誤差對精度影響分析（1）X、Y光軸圓柱度誤差對噴頭定位精度的影響X軸、Y軸圓柱度精度高，其軸兩端安裝有軸承，噴頭裝置在X、Y軸上移動時，定位精度高；當(dāng)X、Y軸圓柱度誤差值大時，噴頭移動時，其定位精度會受到誤差值的影響，產(chǎn)生定位誤差，進(jìn)而影響到噴頭擠絲機(jī)構(gòu)吐絲的位置精度，對成型件分層輪廓形狀造成影響。光軸直線度誤差也會對成型

9、件造成誤差。選用高精度的機(jī)床加工設(shè)備，可提高X軸、Y軸的幾何精度，從而減少X、Y軸圓柱度誤差對噴頭定位精度的影響。（2）同步帶變形對噴頭定位精度的影響齒形同步帶其材料含橡膠材料，使用時間長了，同步帶彈性下降，會變形伸長，同步帶齒形磨損，影響到同步帶與齒輪的嚙合程度，其間隙會增大，進(jìn)一步影響到同步帶帶動噴頭移動的位置，影響其定位精度。（3）工作平臺中彈簧變形、絲杠螺母磨損對平臺定位精度的影響1）工作平臺中彈簧變形對平臺定位精度的影響熔融沉積型3D打印機(jī)工作平臺平面不水平會導(dǎo)致打印成型件產(chǎn)生翹曲、變形等問題，為提升其平臺平面度，做如下分析。工作平臺中彈簧使用時間久了，其彈簧力會下降，在工作平臺調(diào)平

10、后，因其彈簧力下降，彈簧壓縮程度變化，影響到工作平臺的水平性，影響到噴頭在工作臺上吐絲材料的位置，影響到成型件幾何精度和表面質(zhì)量。2）絲杠螺母磨損對工作平臺定位精度的影響絲杠螺母在工作中磨損后，絲杠螺母嚙合之間的間隙會增大，絲杠螺母在嚙合傳動中，旋合的程度會受到影響，螺母帶動工作平臺在Z軸方向移動時，其精度會受到影響，工作平臺存在移動誤差后，影響到工作平臺與噴頭之間的距離、模型的分層厚度、吐絲的質(zhì)量、材料的固化程度，影響到成型件的幾何精度，表面質(zhì)量和力學(xué)性能。結(jié)論為提升熔融沉積型3D打印機(jī)成型件精度和加工質(zhì)量，本文對3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及其零件誤差對成型件精度的影響做了分析，得出X、Y軸圓柱度誤差、同步帶變形對噴頭定位精度存在影響，以及工作平臺調(diào)平結(jié)構(gòu)中彈簧變形、絲杠螺母磨損對平臺定位精度存在影響。 【參考文獻(xiàn)】1王樂章.FDM桌面型3D打印機(jī)自動調(diào)平功能設(shè)計與實(shí)現(xiàn).哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2019.2崔希華，楊化林.FDM原理3D打印機(jī)光軸直線度誤差對Z軸定位精度的影響.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018.3譚躍剛，孫君雨，張帆.3D打印工作臺平面度的差分式光電檢測與補(bǔ)償.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2016.4董秀麗，尹德強(qiáng).熔融沉積成型3D打印精度影響