Page 49 - 《橡塑技术与装备》2021年20期（10月下半月塑料）

新技术与新产品 刘磊 等·基于开源软硬件的多功能 FDM 型 3D 打印机研究与开发

基于开源软硬件的多功能 FDM 型 3D

打印机研究与开发

1
刘磊 ，吴建 2
(1. 新余学院机电工程学院，江西 新余 338004 ；
2. 芜湖职业技术学院，安徽 芜湖，241000)

摘要 ： 为解决当前 FDM 型桌面 3D 打印机存在的打印精度不高、功能单一、打印速度较慢等问题，设计了一款基于开源软硬
件的多功能 FDM 型 3D 打印机。XYZ 轴全部采用滚珠丝杆 + 导轨传动方式，并对其进行了分析计算和选型，实现了摩擦阻力小、
精度高、速度快等效果。通过更换线材挤出和气压挤出两套系统，拓展了可打印材料的范围，实现多功能打印。基于开源软硬件
改造开发，成本低，可拓展性强，性能可靠，具有一定的实用价值。
关键词 ： 3D 打印机 ；滚珠丝杆 ；气压挤出 ；开源软硬件
中图分类号 ： TQ330.413 文章编号 ： 1009-797X(2021)20-0029-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2021.20.007

0 引言 FDM 型 3D 打印机，具有一定的创新性和实用性。
3D 打印技术是一种增材制造技术，它将数字化
模型切片分层，按照一定的截面轨迹，运用 PLA、 1 3D 打印机的机械结构设计
ABS、粉末金属、光敏树脂或者食品原料等材料，通 3D 打印机的机械结构设计主要包括机身框架、运
过逐层打印，层层叠加累积的方式来建构实物，能够 动系统、挤出系统等。
将人们的创意和想法迅速变成现实。它的出现，颠覆 1.1 机架与运动系统
了传统的加工技术，无需机械加工或模具就能将数字 目 前，FDM 型 3D 打印机机型结构主要有
化模型直接变成实物，极大地缩短了产品的生产周期， Prusa i3（龙门架结构）、Ultimaker （十字轴结构）、
为个性化、小批量生产带来了便利 [1] 。目前，3D 打印 Makerbot、Corexy 等。考虑到不同挤出系统模块的更
技术已广泛于汽车、航空航天、生物医疗、建筑、食 换便利性、可拓展性及方便升级维护，本设计采用开
品加工及文物修复等诸多领域，具有极大的市场潜力， 放式的 i3 结构。打印喷头完成 Z 轴和 X 轴方向的运动，
势必成为未来突破性技术之一。 打印平台完成 Y 轴方向运动，采用双 z 轴电机设计使
目前，常见的 3D 打印技术主要包括立体光固化 打印头移动更加稳定。
成型 SLA、选择性激光烧结 SLS、选择性激光熔融 常用的 3D 打印机运动系统传动方式有同步带 +
SLM、三维印刷工艺 3DP、熔融沉积成型 FDM 等。 光轴、同步带 + 导轨和滚珠丝杆 + 导轨三种。为减少
其中，FDM 技术由于成本低、可选材料多、工艺简单 震动、提高打印精度和速度，方便维护，本设计 XYZ
等因素，受到众多 DIY 创客的关注，开发了多种多样 三轴都采用滚珠丝杆 + 导轨传动方式 [2] 。由步进电机
的开源 FDM 型桌面 3D 打印机，让 3D 打印这个新兴 通过联轴器连接滚珠丝杆，带动丝杆转动，从而使丝
技术真正走进了普罗大众。 杆上的螺母产生直线运动，再带动坚固在螺母上打印
针对目前国内外 FDM 型桌面 3D 打印机存在的打 喷头或打印平台移动。各轴的运动范围由光电开关进
印精度不高、功能单一、打印速度较慢等问题，本文
采用开源软硬件系统，设计开发了一台打印精度高、 作者简介 ：刘磊（1984-），男，硕士，讲师，主要从事模
具和增材制造技术方面研究。
打印速度快、稳定可靠、挤出系统模块化的多功能
收稿日期 ：2021-07-19

2021 第 47 卷 ·29·
年