3D打印機(jī)組裝與調(diào)試 課件 第9講3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件和擠出部件

3D打印機(jī)的傳動(dòng)與擠出部件授課教師：陳金英3D打印機(jī)組裝與調(diào)試3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件3D打印機(jī)的擠出部件思考題0102033D打印機(jī)組裝與調(diào)試3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件組裝3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件包括同步帶、同步帶輪、絲杠、聯(lián)軸器、齒輪和減速機(jī)等。同步帶同步帶輪絲杠3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件同步帶與同步帶輪1（1）同步帶與同步帶輪的作用同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒型的環(huán)行帶及具有相吻合的帶輪所組成。運(yùn)行時(shí)帶齒與帶輪的齒槽相嚙合，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。綜合了皮帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。3D打印機(jī)的X軸、Y軸都使用同步帶傳動(dòng)。常見(jiàn)的同步帶寬度分別為5mm、6mm，齒與齒間的距離在2～5mm，齒形有T形齒和圓弧齒。與同步帶輪配套使用。同步帶的齒形3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件（2）常用的同步帶與同步帶輪的型號(hào)01T5同步帶01T5同步帶的齒距為5mm02早期3D打印機(jī)常用的同步帶，同步帶輪可使用3D打印機(jī)打印出來(lái)。03測(cè)試證明，齒距為5mm的同步帶輪是最容易打印的，所以Reprap3D打印機(jī)大多都使用T5同步帶。3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件（2）常用的同步帶與同步帶輪的型號(hào)02T2.5同步帶隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，對(duì)3D打印機(jī)定位精度的要求更高，逐漸開(kāi)始使用T2.5同步帶和CNC鋁制同步帶輪，相比T5同步帶精度有很大的提升。T2.5同步帶的齒距為2.5mm。3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件（2）常用的同步帶與同步帶輪的型號(hào)03XL和MXL同步帶XL同步帶的齒距為5.08mm，MXL同步帶的齒距為2.032mm。商業(yè)型3D打印公司為提升3D打印機(jī)的定位精度，開(kāi)始使用工業(yè)級(jí)的同步帶，即XL或者M(jìn)XL同步帶。XL、MXL同步帶齒形都為圓弧形，相比T形同步帶，其同步帶和帶輪間的間隙更小，精度更高。3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件

01GT2同步帶專(zhuān)門(mén)為直線運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，圓弧齒形，往復(fù)運(yùn)動(dòng)回差很小，如GT2同步帶輪。這種專(zhuān)用的同步帶輪成本高，生產(chǎn)廠家不多。多數(shù)愛(ài)好者使用GT2同步帶對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行升級(jí)。04GT2和HTD-3M同步帶

02另外，還有很多工業(yè)級(jí)的3D打印機(jī)生產(chǎn)商，如3Dsystem公司使用HTD-3M同步帶。在DIY打印機(jī)中并不常使用，只有生產(chǎn)商會(huì)選擇這種同步帶，精度非常高。注意不同型號(hào)的同步輪和同步帶不能通用的3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件

03總結(jié)在選擇同步帶輪時(shí)需要注意同步帶輪的齒數(shù)。同步帶輪齒數(shù)多，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的分辨率高，但擠出輪直徑増大，轉(zhuǎn)矩下降，適合高轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)；同步帶輪齒數(shù)少，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的分辨率雖然低些，但擠出輪直徑減小，轉(zhuǎn)矩增大，適合低速運(yùn)動(dòng)。3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件（3）參數(shù)的應(yīng)用計(jì)算打印機(jī)運(yùn)行1mm時(shí)，各軸所需要的脈沖數(shù)是多少？舉例：步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8度，其脈沖個(gè)數(shù)為200，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分為16細(xì)分，所使用的同步輪有15個(gè)齒，同步帶型號(hào)是GT2，即節(jié)距2mm的同步帶。

由上述條件可知，根據(jù)計(jì)算公式得：同步帶帶動(dòng)打印頭或者熱床前進(jìn)1mm時(shí)，所需要的脈沖個(gè)數(shù)為106.67個(gè)。

3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件絲杠2（1）絲杠的分類(lèi)在3D打印機(jī)中使用的絲杠有T形絲杠、滾珠絲杠、普通絲杠。有的3D打印機(jī)其Z軸經(jīng)常使用絲桿進(jìn)行傳遞動(dòng)力。絲桿傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)具有精度高，傳動(dòng)效率高；其缺點(diǎn)是速度慢，要頻繁移動(dòng)X和Y軸，Z軸打印完一層后，才會(huì)升高一層，所以不需要很高的速度。T形絲杠3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件1）T形絲杠T形絲杠在商業(yè)3D打印機(jī)中大量應(yīng)用；容易結(jié)合具體的應(yīng)用來(lái)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期性能；同時(shí)將成本控制在最低限度。01優(yōu)點(diǎn)是精度有保障，價(jià)格低廉，Z軸一致性好；缺點(diǎn)是這種類(lèi)型的絲杠也避免不了左右晃動(dòng)。023D打印機(jī)的傳動(dòng)部件01滾珠絲杠在工業(yè)級(jí)的3D打印機(jī)大量使用，可以連續(xù)運(yùn)行，承受較高的負(fù)載，達(dá)到更快的運(yùn)行速度，具有良好的可預(yù)測(cè)性，因此成本也增加。2）滾珠絲杠02優(yōu)點(diǎn)是精度高，一致性好，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不存在晃動(dòng)；缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。滾珠絲杠3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件3）普通絲杠普通絲杠在DIY3D打印機(jī)中經(jīng)常使用。Reprap3D打印機(jī)使用的普通絲杠連接框架主體，直徑為8mm的不銹鋼絲杠，控制Z軸的升降。01普通絲杠的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格非常便宜，市場(chǎng)中容易買(mǎi)到，不需要專(zhuān)用螺母(普通M5、M8螺母即可)，缺點(diǎn)是晃動(dòng)較大，精度不ー致。04最早的Mendel3D打印機(jī)使用的是直徑為8mm不銹鋼普通絲杠。02新一代的Prusa系列的3D打印機(jī)，使用的直徑為5mm的不銹鋼普通絲杠。03普通絲杠3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件注意：1）查看螺線的條數(shù)時(shí)可以觀察絲桿的頭部，有幾個(gè)絲口入點(diǎn)就是幾頭。2）查看螺距時(shí)可以在絲桿上涂一點(diǎn)墨水，然后再紙上滾一下，直接測(cè)量紙上的距離即可。（2）絲杠的主要參數(shù)1步進(jìn)電機(jī)的步距角；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板細(xì)分；2絲桿的重要參數(shù)是：螺距（P）、導(dǎo)程（L）、頭數(shù)（n）；3螺距是相鄰兩個(gè)螺線的距離；導(dǎo)程是絲桿旋轉(zhuǎn)360度，T型螺母移動(dòng)的距離；頭數(shù)是絲桿上螺線的數(shù)量，圖中用不同的顏色表示出不同的螺線。43D打印機(jī)的傳動(dòng)部件

（3）絲杠傳動(dòng)的計(jì)算Z軸上升或者下降1毫米時(shí)，需要的脈沖信號(hào)數(shù)是多少？舉例：步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8度，其脈沖個(gè)數(shù)為200，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分為16細(xì)分，所使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠是4頭且螺距2mm，那么導(dǎo)程為8mm。由上述條件可知，根據(jù)計(jì)算公式得：Z軸上升或者下降1毫米時(shí)，所需要的脈沖個(gè)數(shù)為400個(gè)。

3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件黃銅和不銹鋼等材料的齒輪，其齒形為直齒和凹形等形式，擠出輪的齒數(shù)有26齒、36齒、40齒等等。3D打印機(jī)的送料部分是齒輪與料緊緊的擠在一起，產(chǎn)生很大的摩擦力。通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)材料向下或者向上，所以齒輪上的某一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的距離就是料移動(dòng)的長(zhǎng)度，等于齒輪的周長(zhǎng)。MK8上的齒輪直徑是11mm，所以齒輪旋轉(zhuǎn)一周的周長(zhǎng)就是3.14*11=34.54mm。注意：測(cè)齒輪直徑可以用尺子，也可以用線在齒輪上繞一周，記錄下位置，然后測(cè)其長(zhǎng)度。0304030102擠出齒輪齒輪驅(qū)動(dòng)3（1）擠出機(jī)的齒輪3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件

擠出機(jī)材料移動(dòng)1mm時(shí)，需要的脈沖信號(hào)數(shù)是多少？舉例：步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8度，其脈沖個(gè)數(shù)為200；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分為16細(xì)分；所使用的電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，通過(guò)擠出機(jī)齒輪推動(dòng)材料移動(dòng)34.54mm。由上述條件可知，根據(jù)計(jì)算公式得：電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，擠出機(jī)齒輪推動(dòng)材料移動(dòng)1mm時(shí)，所需要的脈沖個(gè)數(shù)為92.64個(gè)。

（2）擠出機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)的計(jì)算3D打印機(jī)的擠出部件近端擠出機(jī)1早期的RepRap打印機(jī)最常用的是近端擠出機(jī)，采用齒輪減速，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)緊壓著塑料絲原料饋入的螺絲，經(jīng)過(guò)加熱熔化，再擠壓到噴嘴。01由于大的慣性，直流電動(dòng)機(jī)無(wú)法快速啟動(dòng)或停止，所以很難精確地控制。02新的擠出機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)熔絲、在樣條軸或凸邊軸和滾珠軸承之間夾絲。只打印一種材料時(shí)，使用近端擠出機(jī)最為合適、高效。03流行韋德擠出機(jī)(Wade＇sGearedExtruder)。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格實(shí)惠(不需要使用昂貴的齒輪件)、組裝簡(jiǎn)便、擠出速度快、PTFE管方便固定、不需要大轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)。043D打印機(jī)的擠出部件PTFE管是聚四氟乙烯，具有極優(yōu)的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐所有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑，與各種有機(jī)溶劑也不發(fā)生作用。05使用溫度范圍較廣，常壓下可以長(zhǎng)期應(yīng)用于-180℃~250℃，在250℃高溫下處理1000h后，其力學(xué)性能變化很小。06近端擠出機(jī)3D打印機(jī)的擠出部件遠(yuǎn)程擠出機(jī)2擠出機(jī)的拆卸視頻遠(yuǎn)程擠出機(jī)在三角洲機(jī)器中普遍使用。使用減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)擠出齒輪，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程送料，電動(dòng)機(jī)靠近料盤(pán)，送料會(huì)更流暢一些。01在結(jié)構(gòu)方面減輕了打印頭的質(zhì)量，所以打印頭運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，速度也更快。02MK8全金屬遠(yuǎn)程擠出機(jī)擠出機(jī)的安裝視頻3D打印機(jī)的擠出部件熱熔擠出頭3(1)分體擠出頭3D打印機(jī)中熱熔擠出頭是核心部件。使用最廣泛的是分體擠出頭、一體化擠出頭。分體擠出頭的最前端可更換不同尺寸的打印噴嘴，常用噴嘴的直徑尺寸為0.3mm、0.4mm、0.5mm，如不同尺寸的黃銅噴嘴。其中，MakerBot使用的熱熔擠出頭是分體擠出頭，噴嘴材料有鋁制和黃銅之分。噴嘴的材料與尺寸及其剖面圖3D打印機(jī)的擠出部件(2)一體化擠出一體化擠出分為3部分，最底端為鋁制噴嘴及連接部件，其連接部件的材料為PEEK，內(nèi)部為PTFE管。貫穿噴嘴和連接部件，連接部件通常加工成孔狀，更利于散熱。J-Head是一體化擠出頭，其設(shè)計(jì)合理，安裝簡(jiǎn)便可靠性高。04PEEK材料可以耐溫至340℃，擁有高強(qiáng)度的力學(xué)性能，隔熱性能優(yōu)異。純黑色的PEEK中添加墨纖材料，PEEK耐溫更高，隔熱和力學(xué)性能更好。PTFE管可防止打印材料泄漏，擠出和回退材料更顯著。注意：底端噴嘴內(nèi)部大多加工成錐形結(jié)構(gòu)，使用PTFE管時(shí)底端也需要切削成錐形，使其彼此匹配。J-Head擠出頭0301023D打印機(jī)的擠出部件根據(jù)3D打印機(jī)打印精度，選擇噴嘴直徑的大小。小直徑噴嘴的打印精度高，大直徑噴嘴的打印速度快。一體化擠出頭E3D，經(jīng)歷了從第一代E3DV1到E3DV6設(shè)計(jì)上不斷改進(jìn)和革新。利用擠出絲材料的特性，最優(yōu)化的溫度控制，并不斷擴(kuò)大擠出頭內(nèi)部空間。擠出量得到最大的提高，在保證打印質(zhì)量的前提下最大限度地提高打印噴頭的出絲速度。擠出頭加工簡(jiǎn)單，全部使用鋁合金材料，散熱性能更好，價(jià)格相對(duì)低廉，性能優(yōu)異，使用廣泛。0509060708E3DV6擠出頭思考題3D打印機(jī)的傳動(dòng)部件都