桌面級FFF技術(shù)3D打印機(jī)熱端設(shè)計

摘要率(俗稱材料熱端堵頭)等方向進(jìn)行了詳細(xì)闡述。第一章緒論1.2研究目的和意義3D打印技術(shù)是代表未來的第三次工業(yè)革命技術(shù)，全世界各國家都在研究3D打印技中國一直以來以制造大國，而非制造強(qiáng)國的形象展現(xiàn)在全世界人的印象里機(jī)行業(yè)也一樣。工業(yè)級機(jī)器可以生產(chǎn)各類高性能的材料，但價格也不菲，均價在人民幣售價在人民幣5000元左右，適應(yīng)市場為DIY群體，行業(yè)內(nèi)稱之為桌面級，本文所設(shè)計的控制在人民幣10萬以內(nèi)，在需要達(dá)到工業(yè)級精度及性1.3研究方法和結(jié)論本文將運(yùn)用傅利葉定律分析法，對3D打印機(jī)熱端設(shè)計不同打印材料的熱端結(jié)構(gòu)，同時滿足3D打印使用功能，大接下來，本文將從打印耗材的特性與溫度的關(guān)系、控及散熱的關(guān)系、熱端結(jié)構(gòu)故障率(俗稱材料熱端堵頭)等方向進(jìn)行詳細(xì)闡述，本文中所研究的熱端結(jié)構(gòu)可以很好的解決打印耗材的適應(yīng)及熱端堵頭故障。第二章正文-桌面級FFF技術(shù)3D打印機(jī)熱端設(shè)計2.1桌面級FFF技術(shù)3D打印機(jī)概念3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新2.1.4主要的3D打印技術(shù)類型(1)FDM(FusedDepositionModeling):熔融層積成型技術(shù)，即本文中的“FFF”(2)SLA(StereoLithographyAppearance):立體光固化(3)SDP(Three-DimensionalPrinting):三維印刷(4)SLS(SelectedLaserSintering):選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)(5)DLP:激光成型技術(shù)3D打印思想起源于19世紀(jì)末的美國，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣，我國是1986年CharlesHull開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機(jī)2011年6月6日發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼2011年7月英國研究人員開發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機(jī)2011年8月南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機(jī)2013年10月全球首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品計制造出3D打印金屬手槍2016年2月3日，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所3D打印工程技術(shù)研發(fā)中心，宣布 (DLP)3D打印機(jī)達(dá)$10.69億，在未來三年保持超過20%的增長速度，至2012年達(dá)到$22.04億的市場規(guī)模。2013年全球3D打印產(chǎn)業(yè)更是突飛猛進(jìn)，增長幅度達(dá)到81.49個百分點，高達(dá)$40億￥10億左右，2013年翻了一番，達(dá)到￥20億。但是與美國、德國等發(fā)達(dá)國家相比，中國聯(lián)盟的預(yù)測，中國的3D打印產(chǎn)值在2014年預(yù)計將達(dá)到￥40億到￥50億的規(guī)模，到2016年將增加到￥100億，預(yù)計是2012年(￥10億)的十倍，使中國超過美國占全球3D打印2.2桌面級FFF技術(shù)3D打印機(jī)熱端結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.13D打印機(jī)簡介有效打印面積為305*305*605mm,下2.2.2打印耗材的特性介紹表1常用耗材打印溫度表打印耗材需求熱端溫度建議溫度備注碳纖維尼龍PA尼龍木質(zhì)2.2.3熱端結(jié)構(gòu)介紹甜敵熱器甜敵熱器1鈦喉管上端2鐵氟龍喉管3鈦喉管下端4隔熱區(qū)5加熱塊連接區(qū)6噴嘴連接區(qū)圖2熱端結(jié)構(gòu)剖面圖圖3熱端裝配圖圖4熱端3D圖是鈦金屬材料，下端亦是鈦金屬材料，中間是鑲件鐵氟龍材料(工業(yè)名為聚四氟乙烯),2.3桌面級FFF技術(shù)3D打印機(jī)熱端設(shè)計理論圖5鋁散熱器圖6鋁加熱塊導(dǎo)率低，是鋼的1/5,鋁的1/13,銅的1/25,良好的綜合力學(xué)機(jī)械性能，強(qiáng)度大，喉管在圖7鈦喉管材打印溫度，如圖8:圖8銅噴嘴2.3.2理論分析dq×-ds.ot/on或dq=-λds.at/on表2常用金屬的導(dǎo)熱系數(shù)常風(fēng)材料導(dǎo)熱系數(shù)(20°C)金屬/合金牌號導(dǎo)熱系數(shù)電阻率/uΩ.m固態(tài)液態(tài)銀銅金鋁鐵錫鉛鋅鈦鎳鑄鐵黃銅青銅鑄鋁不銹鋼圖10:圖9熱端組件圖10雙熱端組件運(yùn)用270℃(噴嘴出料嘴溫度)出料嘴、散熱片鋁散熱器+鈦喉管+銅噴嘴風(fēng)扇參數(shù)：如下圖11、圖12:數(shù)值0壓差壓差6圖11散熱片風(fēng)扇參數(shù)圖0體積流量圖12噴嘴端散熱風(fēng)扇圖仿真模型，如下圖13:圖13仿真模型圖圖14設(shè)定加熱溫度圖4a圖15溫度仿真圖一(圖16溫度仿真圖二圖17溫度仿真圖三圖18散熱氣流運(yùn)動圖2.5桌面級FFF技術(shù)3D打印機(jī)熱端實際運(yùn)用測試根據(jù)以上設(shè)計及模擬數(shù)據(jù)，選用福祿克(FLUKE)F51-IⅡ雙通道接觸式K型高精度測溫儀進(jìn)行10組產(chǎn)品進(jìn)行測試，測試條件設(shè)定：3D打印機(jī)主屏幕設(shè)定熱端溫度300°C,實表3F51-Ⅱ產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)溫盤準(zhǔn)確度高于-100C時K、T、E和N塑操頭精度為：±(0.05%+0.3'C)JKsTE和N型探頭精酸為(0.20%J型：-210*C至1200*C溫標(biāo)遇用標(biāo)準(zhǔn)NIST-75最示分解率機(jī)樟參數(shù)只有63-IB丶54-IIB可以■NRS服熱電偶尺寸適用標(biāo)準(zhǔn)400g電池3節(jié)5號電池，典型的電池壽命為1000小時測試位置見下圖19:圖19實際測試位置圖測試數(shù)據(jù)見下表4:表410組樣本測試記錄表設(shè)定溫度加熱時間5分鐘機(jī)器顯示溫度位置/樣本樣本樣本二樣本三樣本四樣本五樣本六樣本七樣本八樣本九樣本十位置一溫度位置二溫度2.5.2實際打印性能測試本文技術(shù)在經(jīng)過內(nèi)部100臺設(shè)備24小時連續(xù)測試30天后，正式運(yùn)用于上海復(fù)志公司 厚支持0.01mm,XY軸定位精度0.0125mm,Z軸0.00125mm,支持打印速度10~150mm/s,實際打印產(chǎn)品的尺寸誤差±0.1mm,具體測試如下圖20、21、22、23所示。圖20不同材料測試圖圖21懸垂精度測試圖圖22雙色及支撐測試圖圖23雙色尺寸精度測試圖2017年Raise3D的N系列打印機(jī)被美國權(quán)威機(jī)構(gòu)Make(創(chuàng)客)技術(shù)測評為全球年度最佳3D打印機(jī)，同時被歐洲最大在線3D打印機(jī)線上平臺3DHubs評為全球年度最佳桌面本次突發(fā)新冠疫情，全球都處于共同抗擊疫情階段，在2月18號由上海華山醫(yī)院牽第三章結(jié)論[1]余冬梅，方奧，張建斌.3D打印：技術(shù)和應(yīng)用[J].金屬世界，2013,(6):6-11.2015(10):182-183.現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].化工新型材料，2015(6):228-230+234.[5]孫亮，石鑫.3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報，2015,(2):66-69.[6]徐秉君.3D打印機(jī)-打造未來世界[J].科技創(chuàng)新與品牌，2013,(8):72-75.24-26.[9]OmP.Singh,Sheikh