復合式懸浮成型平臺的模塊化3D打印機

張學宇 楊棟

摘 要 針對傳統FDM3D打印機一體化或組裝式維護不便的情況，設計出家庭DIY和教育專用的便攜式模塊化多用途FDM3D打印機，設計原型為組裝型立方3D打印機，組裝型立方式FDM3D打印機一般針對DIY愛好者，其結構相對簡單，但安裝較為繁瑣。針對原型組裝立方3D打印機的缺點，創新設計出本款便攜式模塊化多用途FDM3D打印機，主要創新點有以下幾方面：（1）將打印機結構重新優化，采用模塊化設計，方便安裝。將各功能模塊線路改為末端插接，更換時不需要將整條線路拆卸，只需更換末端部件即可。（2）蓄電功能模塊，實現打印機無電源情況下的打印工作。（3）針對傳統成型平臺調平復雜，平臺過高，噴頭劃傷平臺，且造成噴頭堵塞，平臺過低，粘結不牢，易翹邊變形脫落的問題，設計出可調磁懸浮復合式成型平臺，方便快速抽取平臺。（4）構成打印機的所有零部件均可在各個場合單獨使用，蓄電池可作為充電寶，成型平臺可做加熱器，打印機風扇和LED燈光可以直接通過USB與電腦相連接。

關鍵詞 3D打印機 懸浮式復合成型平臺

1概述研究意義

近年來，3D打印技術在軍事、工業、農業、醫學及教育等領域發展迅速，對于家庭或DIY愛好者來說，對于打印機的打印質量和打印速度并沒有工廠的要求嚴苛，個人用戶多會以成本和功能來衡量各類打印機，因此未來幾年內，我國的家用、個人DIY以及教育普及所用的打印機仍然以低成本的FDM打印機為主。

目前市面上的普及性FDM打印機一般分為兩種，一種為組裝式、一種為一體式。組裝式打印機對使用者而言有一定的技術基礎要求，需要了解一定的電路知識，還需要進行復雜的調試和匹配，零部件繁多，各種連接件緊固件需要人工組裝，耗時耗力。一體式打印機一般為工廠提前裝配好的打印機，大量采用注塑件，拆裝后細小零部件依舊很多，而且外殼由注塑一體成型，或鈑金焊接，白白占用較大空間。

2關鍵技術

2.1噴頭橫梁設計

便攜式模塊化多功能打印機設計，主要設計難點在于：模塊化構建，如何實現交叉運動的零配件快速組裝，如何保證連接的精度和穩定性。

橫梁上安裝有噴頭單元，噴頭單元的零部件繁多，該進前的打印機橫梁設計更換噴頭單元零部件時復雜繁瑣，不易操作。

模塊化拼接可使噴頭單元快速拆卸，拼插旋擰設計可以保證噴頭單元在三軸位置固定，不會發生偏移。

2.2成型底板折疊拼裝設計

傳統3D打印平臺，平臺下降到最底處后，雖然可以騰出空間，但無法放置重量較大的物體，平臺承重較輕，承重點為平臺靠近光杠的一側。平臺與底部無直接連接，主要依靠彈簧作用力維持平臺水平度，施以重物壓力之后，會造成彈簧塑形變形，影響平臺水平度，從而降低打印質量。

而改為折疊平臺后，直接將底部平臺的空間閑置出來，可用于擺放多余耗材和打印機的其他周邊產品。將平臺折疊可以使最終的打印機所占空間降到最低，從而實現小型化、攜帶方便的設計目的。

2.3懸浮式復合型成型平臺

成型平臺與加熱板疊放在一起，加熱板下固定四塊矩形磁石，高度通過四個與光桿連接的非標件進行限制。非標件設有矩形槽，可用來鑲嵌磁石，磁石極性與加熱板底部磁石相對處磁性相同，通過同性相斥使平臺懸浮在光桿之上，高度方向被非標件的弧形彎板限制，弧形彎板與底部螺紋旋鈕相連，通過旋鈕調節彎板高度。旋鈕標有刻度，便于調平。

2.4打印機外殼伸縮設計

外殼設計為四個伸縮機構構成，每個伸縮機構有兩個伸縮級。

第一級伸縮機構通過彈簧限位，當內部支撐件向外拉伸時，彈簧楔子脫離外部角件的擠壓，在彈簧的作用下彈出，此時第一級伸縮完成，該機構與雨傘的設計相仿。

第二級伸縮機構由一個帶有凸塊的圓柱體和一個帶有凹槽的管狀體配合而成。圓柱頂端與頂殼通過軸承連接，即圓柱體可以在徑向旋轉，通過凸塊與凹槽來固定第二級位置。

3后期研究

3D打印機電路部分包含電機、加熱棒、溫度回傳、散熱分扇、加熱地板，接口型式多種多樣。因該款打印機適用定向為家庭學校教育、個人DIY愛好者，因此充分發揮其每一個部件的通用或多用途的性能是必須的。而提高其部件的通用性或多用性的方法，最實用的便是將現有電路接頭改為生活常用線路接頭，如USB接口。

參考文獻

[1] 梁琦.3D打印機在圖書館服務中的應用與分析[J].圖書與情報，2013（06）：109-111.

[2] 王瑞玲.3D打印機設計的初步分析[J].電子制作，2013（19）：28-29.