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2024年6月8日发(作者:)
三轴雕刻机改装3D打印机方案
一、3D打印机技术原理:
3D打印并非是新鲜的技术,这个思想起源于19世纪末的美国,并在20世纪
80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想,
上个世纪的技术,这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料
打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大
的增长,其价格也正逐年下降。
使用打印机就像打印一封信:轻点电脑屏幕上的“打印”按钮,一份数字文
件便被传送到一台喷墨打印机上,它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图
像。而在3D打印时,软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,
并将这些切片的信息传送到3D打印机上,后者会将连续的薄型层面堆叠起来,
直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨
水”是实实在在的原材料。
二、现用一台雕刻机,把它直接改成打印机
雕刻机和打印机的结构从原理上来说是没有区别的,都是X+Y+Z三轴+主轴
(在打印机上是挤出机)的标准数控系统。所以,把雕刻机加上一个打印头改造
成3D打印机,其方案完全是可行的。
【注意】1、 雕刻机和打印机在设计上有很大的不同。雕刻机的主轴需要切割
材料,要承受相当大的力矩,故而结构必须足够结实;而3D打印机的挤出机是
完全无负载的,反而对急停、加速以及变向能力有着非常高的要求。在设计理念
上的不同,带来的结果就是,你的第二台雕刻机肯定比第一台设计得结实,而第
二台打印机会比第一台设计得更轻。
2、用雕刻机的结构做打印机,雕刻机的强度兀余太大,带来了过多的
惯量,影响打印的运行速度。而且在打印的过程中,单轴运动的情况很少,而多
轴联动时,不同轴惯量和运动特性的区别就会带来精度的损失。所以,一般用
2A的57电机能跑F2000的雕刻机装了打印头之后,可能还不如用42步进跑F6000
的打印机。打印出来的效果,精度和表面粗糙度都远远不如 。故而,雕刻机改
造3D打印,可行但有缺陷。最理想的改造3D打印的机器,应该是激光雕刻机。
三、雕刻和3D打印不同点
只从DIY的角度看待这个问题。
首先,在机器结构上,就像上面所说的,打印机注重轻载、高速,相对来说,
雕刻机则注重强度。刚性比较:铣床>雕刻机>打印机,速度打印机>雕刻机>铣床。
所以打印机的设计和雕刻机的思路是有很大的不同的,像我这样按照雕刻机的经
验去设计3D打印机,效费比会很低。
然后,打印机的“主轴”是“挤出机”(Extruder),它的结构一般是用一
个小的步进/减速电机带动一个摩擦轮,将原料的塑料丝“塞”(feed)给下面
的加热头,加热头再通过一个小孔把丝细化,细化后0.3mm-0.4mm的挤出丝就挤
到了工件上,这就是“FDM”的过程。也就是说,打印机和雕刻机最本质的不同,
就是把主轴换成了挤出机。
从电控上来说,现在常见的打印机和雕刻机也有一个很大的不同,就是打
印机的运算是在板上完成的。不像雕刻机必须拖着一根25针的线实时从电脑上获
得信号,打印机是可以脱机用SD卡打印的。这样的设计好处自然是可以摆脱电
脑的束缚,但坏处就是由于需要有运算的芯片,打印机的主板比起雕刻机要很贵
而且折腾起来挺麻烦。
四、 打印机和雕刻机相比,其
电控部分:
(1) 把雕刻机的主板换成打印机的主板
(2)三轴步进不变
(3) 主轴变频器换成一块步进驱动(挤出机电机)
(4)一块额外的电路板控制加热和热头温度的反馈
(5) 一块额外的板控制加热台面,即3D打印机热床部分(可选)
机械部分:
(1)三轴不变
(2)主轴换成挤出机
(3)台面换成加热台板(可选)
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