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3D 打印机需要哪些部件?

我自己构建了 3D 打印机的机械结构,因为我需要打印非常大的零件(并且出于预算原因)。所以,我已经有了 3D 移动功能。

但我现在需要的是打印机制本身。我读了很多书,但我很清楚事情比我想象的要复杂。

让我们跳过机械和软件,我只对打印头的工作原理感兴趣。有人可以解释我吗?

老实说,我太天真了,我以为我只需要买一个零件,一根数据线(印刷/无印刷)和 5 V/GND 线。但我的意思是事情要复杂得多。

例如,这些 RepRap 打印机在打印头上连接了某种空气管。我不知道这是怎么回事,是不是凉了?

也许我总是阅读错误的手册(即更高级的手册)。有人可以启发我或为我指出一个好的起点吗?

取决于:您希望它运行良好,还是根本不运行?
我认为@fred_dot_u 的回答非常好。尽管是一个简单的概念,但打印头是一个相当复杂的设计,它处理了几个相互矛盾的要求:重量轻,能够施加合理的灯丝压力,刚性,一个地方热而不是另一个地方,非常严格的温度控制,能够一致地运行数十小时完美无瑕,甚至更多。任何像这样的工作系统都是数百项改进的产物。拥有 3D 打印机的乐趣之一就是您开始真正欣赏这样的东西!
老实说,我对 3D 打印机了解得越多,我就越了解一切是多么微妙。我想下面的谚语在这里适用:“如果它有效,就不要碰它”。 :)
请记住 - 随着打印区域的增长,您会遇到的一件事是零件翘曲 - 因为它们会在您打印时冷却。 -- 对于较大的笛卡尔机器人,CNC(即减材制造)是一个更具吸引力的选择。而且它更容易控制,因为您只需使用继电器来打开和关闭安装良好的 Dremel,您就可以开始使用了。

2个回答

首先要开始的是挤出机的 RepRap wiki 条目:

冷端

“冷端”通常是挤出机的主体。它通常是一个轴上的实际托架并支撑其余零件。在一些设计中,“冷端”被分成两部分;一个部件驱动固定并连接到托架部分的灯丝,采用更轻的重量设计,便于移动,并带有柔性管。驱动器是一个电机,它使滚花、滚齿或带齿的夹送轮靠着压力板或轴承旋转,灯丝被压在它们之间。通常,电机与夹送轮啮合以增加可用扭矩和挤出控制(平滑度)。传动装置可以是 3D 打印的小齿轮和齿轮、备用蜗轮和齿轮,或者更昂贵的一体式电机变速箱。在对直流电机的初步试验没有达到所需的可重复性后,几乎普遍使用步进电机。伺服电机是一种选择,尽管在文献中还没有看到它们。最后一个功能,某种形式的冷却,使“冷端”保持低温。由于靠近“热端”和可能加热的构建平台和外壳,有时需要对冷端部件进行额外的被动或主动冷却。经常使用散热器和风扇;还讨论了水冷却和珀耳帖效应冷却。其中大部分通常由 3D 打印部件制成,并且温度保持在安全范围内。

热端附件

“冷端”通过热断层或绝缘体连接到“热端”(如果使用鲍登管,则位于该热断层的冷端)。这必须足够坚固和准确,以可靠地将灯丝从一侧传递到另一侧,但仍能防止大部分热传递。选择的材料通常是带有 PTFE 衬里的 PEEK 塑料或带有不锈钢机械支撑的 PTFE 或三者的组合。热端经常使用凹槽安装座连接到冷端,其中热断路器或绝缘体是热端组件的一部分,冷端主体配备有圆柱形凹槽。许多冷端将灯丝推出一个大孔,该大孔位于 2 个相距约 50 毫米的小孔之间。 (这个事实上的标准有名字吗?)有些人用安装板适配器和两个短螺栓刚性地将凹槽安装热端连接到这样一个冷端。一些人将 2 个长螺栓穿过这些孔,然后在这些螺栓周围放一个弹簧,制成弹簧挤出机。

热端

“热端”是 3D 打印机熔化灯丝的活动部分。它允许熔化的塑料从小喷嘴中流出,形成薄而有粘性的塑料珠,该珠将粘附在其放置的材料上。第一个 RepRap 热端由黄铜制成。研究人员还用玻璃或铝制成了热端。热端由一个带有两个孔的熔化区或室组成。冷端迫使灯丝通过一个孔进入热端——进入热端的加热室。熔融塑料通过尖端的另一个孔离开加热室。尖端(喷嘴)中的孔的直径在 0.3 毫米到 1.0 毫米之间,使用当代挤出机的典型尺寸为 0.5 毫米。筒体尖端外面是加热装置,可以是线元件或标准线绕电阻器。所需的热量约为 20W,典型温度约为 150 至 250 摄氏度。为了对喷嘴温度进行反馈控制,通常在喷嘴附近安装一个热敏电阻,尽管热电偶可以与合适的控制硬件一起使用。这里需要高温材料。这些包括金属、水泥和胶水、玻璃和矿物纤维材料、PEEK、PTFE 和 Kapton 胶带。

安装到机器的其余部分

随着时间的推移,挤出机安装在机器其余部分的方式已经演变成非正式的安装标准。这些非正式标准包括垂直 X 轴标准、Quick-fit 挤出机安装架、OpenX 安装架等。这些事实上的标准允许在现有打印机框架上测试新的挤出机设计,以及使用现有挤出机的新打印机框架设计。 (Prusa i3 构建手册中的“greg-adapter.scad”适配器是否让我在垂直 X 轴机器上安装 OpenX 挤出机?)

您还可以谷歌搜索挤出机和/或热端结合 3d 打印作为第一个起点。

这实际上是仅链接的答案。如果你认为一个问题太费力了(“因为它的质量”)那么*不要回答*并投票结束“太宽泛”。

您肯定会发现 3d 打印机的打印功能比您建议的要复杂一些。机械部分包括将灯丝推入加热喷嘴的装置以及用于调节灯丝移动速度的软件部分。您还没有参考加热器筒和温度传感器,但您很快就会发现这方面的内容。

你认为你见过的“空气管”很可能被称为鲍登管。这种设计允许重量更轻的打印头,这有利于速度、加速度和精度,但在灯丝的压缩以及回缩方面的考虑方面存在复杂性。非鲍登打印头将挤出机电机作为移动组件的一部分,驱动轮非常靠近喷嘴开口。这允许灵活的灯丝和更精确的灯丝进料控制。

任何一种设计都有妥协,因此必须确定设计的优先级。

冷却也是一个因素。加热器筒设计用于将喷嘴加热到所用灯丝类型的特定温度,但还需要一种方法来防止热量传播到不在喷嘴中的灯丝部分。您会发现诸如热断裂之类的术语,指的是将喷嘴组件连接到散热器的窄螺纹部分。还将有一个冷却风扇将空气吹过散热器,通常还有一个冷却风扇在灯丝离开喷嘴并连接到正在打印的模型时冷却灯丝。

您建议忽略机械和软件,但在考虑打印头组件的原理时,了解两者很重要。

简而言之,灯丝进入鲍登管然后进入散热器,由挤出机电机推动(或)灯丝由挤出机电机推动进入散热器。灯丝穿过热断裂,在加热块中熔化并离开喷嘴。嘘,太简单了。

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