雙材料擠出式光固化打印機設計

李漢華

摘要：在工業生產中，伴隨著個性化產品需求的增加和產品開發速度的加快，對3D打印技術的需求越來越大。光固化3D打印技術是目前3D打印技術中最成熟、市場占有率最高的技術。但由于現代光固化3D打印機技術的局限性，在使用過程中出現了一些問題。兩種方法各有優點，提高成型效率和表面質量。近幾年來，3D打印技術在打印精度、打印速度和打印材料方面都有了長足的發展。現在，3D打印技術在各個生產領域得到了廣泛的應用。為滿足陶瓷材料與感光聚合物材料同時用于3D打印的需要，需要設計一款雙材料擠出式 3D 打印機。

關鍵詞：3D打印;光固化;SLA技術;DLP技術

第一章 ?優化設計

1.1 機械安裝

為使雙原理成型設備工作，將兩個成型設備分開安裝，DLP成型設備安裝在前，用激光反射器將水平圖像向上反射。激光和振動鏡系統被安裝在右邊，另外用來將激光向上反射。水平位置上的兩個裝置發出的光能垂直穿過兩個鏡子。該機是一種采用倒印法、樹脂槽底成象的小型設備，通過上述兩個鏡面，可將兩套設備發出的紫外線照射到槽底，使兩套成型設備同時工作。

1.2 兩種成型裝置圖案校準

為確保兩種工作模式的匹配，對設備進行了多次調整。①每臺激光投影儀均配有校正裝置和固定裝置，調節激光鏡的位置和傾斜角度;②DLP投影機可執行尺寸校正、畸變調整、光強調整、網格顯示等功能;③激光可進行光強調節和激光探測。可調整角度。我們做了一個測試程序，用激光生成一個特殊的網格。激光振鏡的畸變可通過調整激光振鏡的激勵功率電位器來調節振鏡的電壓值。

使用該裝置可使兩個投影裝置產生的圖像重疊。一般情況下，機組安裝后可一次調節。假如圖片沒有對齊，需要再次調整。裝置的調整采用以下方法：

①調節 DLP裝置的圖象失真，采用尺法測量圖象的四邊和對角長度;

②通過軟件傳送網格，可以說是用尺子測量出網格的大小，DLP圖像的大小可以調節;

③開啟激光振鏡系統，編寫程序使激光形成方形并與中心線相交，調節鏡片使激光形中心與 DLP像中心相交;

④激光式網格尺測量，調整電位器，使測量值與程序設定值匹配;⑤鎖定調整裝置，保留調整參數。

第二章 ?各系統工作原理

2.1 單螺桿泵

單螺桿泵（helical rotor pump）是由單螺桿和雙端蝸殼組成的轉子式容積泵。單螺桿泵的工作原理是：單螺桿泵的螺桿與套管相互作用，通過電機帶動螺桿的旋轉，進而不斷地改變吸入腔和排出腔的容積，實現物料的輸送。單螺桿泵螺桿的螺紋為單頭。具有相同直徑的圓的圓心位于同一條螺旋線上，并且與螺桿軸線之間有一個固定的偏心距。單螺桿泵的螺桿正是由這樣的圍繞軸線旋轉并沿軸向移動的圓面形成的。頭數比是螺桿的一個重要參數。單螺桿泵的轉子頭數與定子頭數之比即為單螺桿泵的轉子頭數比。螺旋泵可按頭數分為單頭和多頭等。機頭比越大，泵轉速越低，扭矩越大。而速度越高，輸出轉矩就越小。當螺桿和套管相互配合時，在螺桿和套管的表面之間會形成一系列密封的孔洞，并且每個孔洞也在螺桿和套管上分成兩個孔洞。螺旋式旋轉時，靠近吸料端的吸料量逐漸增大，吸料量也隨之增加。隨著螺桿的繼續轉動，在吸入室體積繼續增大到最大之后，吸入室關閉，液體沿著軸向被推到排出室。通過這樣交替地不斷吸入和排出流體，最終實現液體被不斷地排出。

2.2 光固化燈

光敏樹脂是一種由齊聚物、稀釋劑、光引發劑等高分子組成的膠狀物，目前已廣泛應用于光固化快速成型等領域。一般情況下，那些大分子亂糟糟地排列在一起，像柵欄的碎片。這些聚合物經紫外線照射后結合形成交聯聚合物，液體感光樹脂變成固體。近幾年光敏樹脂由于其優異的性能，在3D打印領域得到了應用。

在設計中，為加速光敏樹脂的固化，加快打印機的生產效率，在擠出裝置上設計并安裝了一個光固化燈。光固化燈是一種通過發射紫外線光線，從而加快光敏材料的固化的設備。目前，氣體放電燈是工業上最常用的光固化燈。其中，高壓氣體放電等為目前在工業生產中常用的光固化燈。

2.3 滾珠絲杠

滾珠絲杠副（ball screw）是一種主要由絲杠和絲杠螺母裝配而成的螺旋傳動元件。目前，滾珠絲杠副是在進行傳動時精度最高，最常用的機械裝置。把一種特殊的鋼球加入到滾珠絲杠和滾珠螺母中，使旋轉運動變為直線運動，或使直線運動變為旋轉運動。因此，滾珠絲杠既是實現線性運動和旋轉運動之間的相互轉換的元 件，也是傳動原件。

第三章 ?電機方案的選擇及選型

3.1 所驅動的負載類型

3.1.1直流電機

DC電機的優點是，通過改變電壓，可以方便地調整速度，并能提供更大的轉矩。用于需要經常調節的負荷，如鋼廠軋鋼機，礦山提升機等。而如今，隨著變頻技術的發展，交流電機也可以通過變頻來實現調速。然而，盡管變頻電機的價格比普通電機要高很多，但變頻電機的價格卻是設備的大件，所以直流電機還有一個優勢。

3.1.2異步電機

異步電機的優點是設計簡單、運行穩定、維護方便、價格低廉。制作 I也是這項藝術中最簡單的。一位年長的技術員告訴我，裝配一臺直流電動機的工作時間可以是兩臺同步電動機，也可以是四臺幾乎同樣功率的感應電動機。看得出來吧所以，異步電動機在工業中得到了廣泛的應用。

3.1.3同步電動機

同步電機依靠勵磁電流運行;無勵磁時電機不同步運行。該激勵系統為直流系統，與轉子相連。其速度和極性與定子相同。如果勵磁出現問題，電機就會失去步頻，無法進行調整，從而觸發保護“勵磁故障”電機跳閘。所以，同步電機的第二個缺點就是需要增加勵磁裝置，以前是直接用直流電機，現在則主要用硅整流器來驅動。俗話說的好，復雜的設計，需要更多的硬件，故障率會更高。

3.2 額定功率

電動機的額定功率是指電動機的輸出功率，即軸功率，也就是電動機的特性參數。常有人問及電動機的尺寸，通常不是指電動機的尺寸，而是指其額定功率。它是衡量電機容許負荷的最重要指標，也是選擇電機時必須考慮的參數要求。

發動機功率的正確選擇原則應是在發動機能夠滿足機械負荷要求時，以最經濟合理的方式確定發動機功率。若選用功率過大，會增加設備投資，造成電機損耗，電機負荷頻繁運行，電機效率和功率因數均較低;反之，若選用功率過小，則會過早損壞電機。

第四章 ?結論

通過對此項技術的深入研究，開發的雙組份擠壓式光固化3D打印機能滿足相關要求，初步地實現了以陶瓷材料為主體，光敏樹脂為支撐的實體的打印。但是與現在已經發展相對較為成熟的3D打印技術相比，此次設計的雙材料擠出式光固化3D打印機仍有很多不足，比如精度不夠，打印速度較低，整體體積較大等。可以通過不斷地設計、改動來完善此次設計。

參考文獻：

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