增材制造工藝與裝備課件：總裝整機

總裝整機

【任務目標】1.掌握總裝整機各零部件的名稱。2.了解各部件的作用。3.了解所需零件的規(guī)格。4.掌握總裝整機的組裝方法。

在機械領域中，機械傳動是指利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。分為兩類：一是靠機件間的摩擦力傳遞動力的摩擦傳動，二是靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動。FDM3D打印機的傳動系統(tǒng)屬于第二種情況，電機上的主動輪與遠端的從動輪互相配合，通過中間件皮帶將力傳遞到需要做機械運動的部分。

從3D打印的結果來看，模型的外壁打印效果是由X軸運動模塊和Y軸運動模塊互相配合運動完成的，當其中某一個模塊，或者其中某一個零件出現(xiàn)問題的時候，就有可能導致打印件的表面質量變差。但是該部分的零部件較多，不同零部件故障所呈現(xiàn)在模型上的結果也不一樣。所以，為了搞清楚模型表面質量出問題的不同原因，就需要清晰的了解總裝整機中的結構和組裝方法。1.總裝整機的構成

在前面的步驟中，我們已經(jīng)基本完成了整體框架的組裝，而本次內容的總裝，相當于是將整個框架結構串聯(lián)起來。通過從動輪、皮帶等傳動部件將電機的力傳遞到設備的每一個運動部件，從而保證了打印頭的前后左右移動。同時，組裝各個限位開關使其通過與觸碰結構的配合來完成打印頭和打印平臺移動位置的界定，是整個設備中最后一組需要組裝的機械、運動結構。（如圖1-135）圖1-135整機結構（無皮帶）

機械傳動的作用是傳遞運動和力，常用的機械傳動類型有齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動、輪系。1）齒輪傳動

齒輪傳動的應用范圍很廣，傳動功率可達數(shù)萬千瓦，單級傳動比可達8以上，因此在機械上得到廣泛應用。與其他機械傳動相比，齒輪傳動的優(yōu)點是：運行可靠，使用壽命長；恒定的瞬時傳動比；傳輸效率高；結構緊湊；功率和應用范圍廣等。缺點是：齒輪制造需要專用機床和設備，成本高；精度低時，振動和噪聲大；不適用于軸距較大的傳動。齒輪傳動有很多種。根據(jù)兩齒輪的相對運動是平面運動還是空間運動，可分為平面齒輪傳動和空間齒輪傳動兩大類。（如圖1-136）圖1-136齒輪傳動2）蝸桿傳動

蝸桿傳動裝置用于傳遞交錯軸之間的旋轉運動。在大多數(shù)情況下，兩個軸在空間上彼此垂直。蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結構緊湊、運轉平穩(wěn)、無噪音、沖擊和振動小、單級傳動比大。缺點是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率低于齒輪傳動。此外，蝸輪一般需要用昂貴的減摩材料（如青銅）制成。蝸桿傳動廣泛應用于機械及相關行業(yè)，如汽車驅動橋傳動；機床、汽車、拖拉機等機械軸線相交傳動；用于軋鋼機械、礦山機械、起重運輸機械。（如圖1-137）圖1-137蝸桿傳動3）帶傳動

根據(jù)帶的截面形狀的不同，將帶分為平帶、V帶和特殊帶（多楔帶、圓帶等）等。帶傳動結構簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、無須潤滑、容易維護。但不能保證精確的傳動比，傳動效率較低。帶傳動主要用于傳動平穩(wěn)、傳動比要求不嚴格的中、小功率的較遠距離傳動場合。（如圖1-138）圖1-138帶傳動4）鏈傳動

鏈傳動是在兩個或以上的鏈輪之間用鏈作為撓性拉拽原件的一種嚙合傳動。和帶傳動比較，鏈傳動的主要優(yōu)點是：沒有滑動；效率較高；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較?。荒茉跍囟容^高、濕度較大的環(huán)境中使用等。主要缺點是：只能用于平行軸之間的傳動；瞬時速度不均勻，高速運轉時不如帶傳動平穩(wěn)；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中應用；工作時有噪聲等。鏈傳動與齒輪傳動相比，其主要特點：制造和安裝精度要求較低；中心距較大時，其傳動結構簡單；瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動平穩(wěn)性較差。鏈傳動除廣泛用作定傳動比的傳動外，也能做成有級鏈式變速器和無級鏈式變速器。（如圖1-139）圖1-139鏈傳動圖1-139鏈傳動圖1-139鏈傳動5）輪系

由一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)稱為輪系，廣泛應用于各種機械設備中。輪系分為定軸輪系和周轉輪系兩種類型。輪系的主要特點：適用于相距較遠的兩軸之間的傳動；可作為變速器實現(xiàn)變速傳動；可獲得較大的傳動比；實現(xiàn)運動的合成與分解。（如圖1-140）圖1-140輪系

本書中所采用的FDM3D打印機，平面運動系統(tǒng)使用的是帶傳動，傳動系統(tǒng)主要是由步進電機、電機支架X、電機支架Y、主動輪、限位開關、從動輪、從動輪固定架（X）、Z軸限位開關固定架、皮帶、料架固定架組成。其中涉及結構件、傳動件之間的互相配合，在裝配時需要充分預留調試余量，盡量避免在組裝到后續(xù)步驟時重新返工。

該部分的運作方式為，通過框架結構上安裝的Y軸電機帶動打印頭作前后方向的運動，側面框架結構上安裝的X軸電機帶動整個Y軸運動模塊作左右方向的運動。同時在框架結構上裝有XYZ三軸的限位開關，保證對打印頭移動范圍的控制。2.各部件的規(guī)格與作用

1）步進電機：在該部分中，主要用到的是驅動X軸模塊和Y軸模塊的電機，為模塊的運動提供動力。（如圖1-141）圖1-141步進電機

2）電機支架X、Y：用于將步進電機固定在設備框架結構上的輔助連接支架。（如圖1-142、圖1-143）圖1-142電機支架X

圖1-143電機支架Y

3）主動輪：是皮帶傳動系統(tǒng)中的一部分，一方面負責將電機軸的力傳遞到皮帶上，另一方面限定皮帶的上下位置，防止皮帶從電機軸上脫離。主動輪有齒圈式和滾輪式，采用齒圈式的較多。齒圈的齒形有凸面、平面和凹面三種類型。（如圖1-144）圖1-144主動輪

4）限位開關：又被稱為行程開關和位置開關，是一種常用的小電流主令電器。利用機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。在FDM3D打印機中主要是用來限制X、Y、Z三軸的移動行程。（如圖1-145）圖1-145限位開關圖1-146從動輪

5)從動輪：如果說主動輪是皮帶傳動系統(tǒng)中輔助電機提供動力的零件，那么從動輪就是不提供動力，不輸出功率和扭矩的零件。主要用途有三：第一，作為皮帶傳動系統(tǒng)中的另一端，對皮帶有支撐的作用；第二，限制皮帶的上下位置，防止長時間移動使用后皮帶脫離，導致皮帶位置出現(xiàn)偏差；第三，從動輪接收主動輪傳遞過來的機械能，并保證機械能繼續(xù)向下傳遞。（如圖1-146）

6）從動輪固定架（X）：用于支撐、固定從動輪的支架。（如圖1-147）圖1-147從動輪固定架（X）7）Z軸限位開關固定架：用于固定Z軸限位開關的支架。（如圖1-148）圖1-148Z軸限位開關固定架圖1-149皮帶

8）皮帶：皮帶傳動也被稱為“帶傳動”，屬于機械傳動的一種。由一根或幾根皮帶緊套在皮帶輪組成。兩輪分別裝在主動軸和從動軸上，因此又被稱為主動輪和從動輪。利用皮帶與兩輪之間的摩擦，以傳遞運動和動力。在FDM3D打印機中，皮帶的主要作用是將電機提供的旋轉運動轉換成X、Y軸運動模塊的直線運動。（如圖1-149）

9）耗材支架：用于安裝耗材的支架，打印時，耗材會在支架上旋轉釋放出料絲。（如圖1-150）圖1-150耗材支架3.傳動系統(tǒng)的組裝

1）取出一個步進電機，將其與電機支架（X）進行組裝，使用M3*8mm內六角螺絲進行固定；隨后將主動輪安裝至電機軸上，并擰緊主動輪側面的頂絲。（如圖1-151）圖1-151安裝電機支架（X）圖1-152安裝電機支架（Y）2)再取出一個步進電機與電機支架（Y）組裝在一起，同樣使用使用M3*8mm內六角螺絲進行固定；隨后將主動輪安裝至電機軸上，并擰緊主動輪側面的頂絲。（如圖1-152）圖1-153安裝限位開關3)將限位開關安裝至電機支架Y，并使用M3*8mm內六角螺絲配合螺母進行固定。（如圖1-153）

4）將上面組裝好的X軸電機模塊和Y軸電機模塊分別安裝至箭頭位置。（如圖1-154）圖1-154電機模塊安裝位置

5）安裝X軸電機模塊，首先，在型材的凹槽內放入三個T型螺母；隨后，將電機支架X上的三個孔位與T型螺母位置對應；最后，使用M4*8mm內六角螺絲固定。（如圖1-155）圖1-155安裝X軸電機模塊圖1-156安裝Y軸電機模塊

6）使用同樣方法將電機支架Y固定在型材框架結構上。（如圖1-156）

7）將從動輪組件安裝至圖中箭頭標記的位置。（如圖1-157）圖1-151安裝電機支架（X）

8）將T型螺母預先放置在型材框架內，將從動輪固定架、墊片、從動輪組裝在一起。（如圖1-158）圖1-158安裝從動輪組件a

9）使用M3*25mm內六角螺絲從墊片、從動輪頂部穿過，與底部的螺母一起將從動輪固定在從動輪固定架上（這里需要注意的是，安裝從動輪時不宜擰得過緊，需要確保從動輪可以隨意轉動）。隨后使用M4*8mm內六角螺絲將從動輪固定架固定在框架結構上。（如圖1-159）圖1-159安裝從動輪組件b

10）使用同樣的方法安裝另一側的從動輪組件。（如圖1-160）圖1-160安裝從動輪組件c

11）組裝Z軸限位開關，使用M3*8mm的內六角螺絲配合螺母將限位開關安裝在Z軸限位開關固定架上。（如圖1-161）圖1-161組裝Z軸限位開關圖1-162安裝Z軸限位開關12)將組裝好的Z軸限位開關安裝至框架結構上，并使用2顆M4*8mm的內六角螺絲配合T型螺母進行固定。（如圖1-162）

13）在打印頭的左右兩側安裝固定螺絲，并以此為皮帶安裝的開始點和結束點，將皮帶按照下圖中的順序進行纏繞（安裝皮帶時需盡可能的將其繃緊，防止后續(xù)打印測試時對打印效果造成影響）。（如圖1-163、圖1-164）圖1-163安裝皮帶固定螺絲圖1-164皮帶安裝參考圖

14）將料架安裝至框架結構的后方，使用M4*8mm螺絲進行固定。（如圖1-165）圖1-165安裝料架

15）機械結構部分總裝完畢。（如圖1-166）圖1-166整裝完畢

雙打印頭FDM3D打印機

FDM3D打印機憑借著操作門檻低、系統(tǒng)穩(wěn)定、體積小、價格便宜等優(yōu)點在普通的民用市場占有很大的比重；隨著這些年的發(fā)展，耗材的種類和顏色也有了很多的選擇，使得其在工業(yè)領域也有了一定的發(fā)揮空間。不過，作為受眾面最廣的3D打印技術類型，打印速度慢、生成支撐的位置打印質量差、打印件的色彩不夠豐富等問題也一直困擾著FDM3D打印機的使用者們。

為了解決這個問題，國內外都在嘗試將打印頭增加到兩個，這樣在原本耗材的基礎上就又多了一種耗材選擇的可能。（如圖1-167）現(xiàn)階段，主要有以下幾種嘗試應用方式：圖1-167雙打印頭FDM3D打印機1.雙色打印

將另一個噴嘴的耗材更換為其他顏色，可以實現(xiàn)雙色打印。雙色打印需要提前對模型的不同顏色部分進行區(qū)分。在模型制作的階段就需要將兩個不同顏色的部分拆分為兩個不同的模型，同時，還需要保持兩個模型的坐標是統(tǒng)一的，之后將這種“特殊方法”制作的模型導入切片軟件，再通過切片軟件對模型進行兩個打印頭的數(shù)據(jù)規(guī)劃，將規(guī)劃好的Gcode文件導入的3D打印機中，就可以控制兩個打印頭分別打印模型不同顏色的部分。

不過，雙頭打印設備造價昂貴，雙頭平臺校準比單頭的平臺校準難度高很多，再加上這種打印方式對前期模型制作的要求過高，導致很少能見到其實際使用案例，多見于3D打印設備廠家對雙頭打印設備的產(chǎn)品宣傳展示模型。2.雙耗材打印

將兩個不同的打印頭分別換上兩種特性不同的耗材，用以實現(xiàn)兩種耗材在同一模型物理層面上熔合。該方式有很多種測試方向，比如硬質材料PLA、ABS與軟質材料TPU、TPE之間的結合，實現(xiàn)“軟硬相兼”。不過就目前來看，同一模型上的兩種材料結合效果并不好，一方面是因為兩種不同的材料收縮率不同，打印完成后，收縮率高的材料會使得熔合相接的位置連接不緊密，連接處很容易斷開。另一方面是相對于在同一模型進行兩種不同材質的拆分，直接制作一組裝配件，再使用單頭的FDM3D打印機更換不同的材料進行打印，最后將模型組裝在一起的操作，不論是模型制作，還是打印機的調試，后者都會