熔融沉积造型3D打印喷头工作原理

    3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，并通过逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称添加制造。熔融沉积造型采用热熔喷头，使处于半流动状态的材料按CAD分层数据控制的路径挤压并堆积在指定的位置凝固成原型，逐层挤出堆积，凝固后形成整个原型或零件。其组成系统包括：高精度机械系统、数控系统、喷射系统、成型环境等。本文所研究内容主要涉及喷射系统。基于熔融沉积制造技术的3D打印机喷头的工作原理如下图所示。

    3D打印机喷头由定位区、进给区、熔丝区和增材区组成。定位区作用是使丝料初定位，让丝料能准确流畅地进入进给区；进给区由主动齿轮和从动轴承轮组成，两轮中间保持特定的间隙，间隙大小值要足以使丝料在两轮的夹紧摩擦力F作用下向前稳定运动；熔丝区由喉管通道、稳定架、隔热层和加热块组成，在此处未熔化的丝料和熔融状的丝料在通道中形成活塞作用，迫使丝料从喷嘴喷出；增材区由喷嘴、工作台和工件组成，在增材打印过程中，X、Y方向由喷头运动控制，Z方向即每层打印厚度由工作台上下运动控制。从其原理可知，造成打印表面精度差的原因在于喷头在X、Y向的运动，本文不研究控制喷头运动的电机精度和丝杠传动精度等因素，而从喷头由于加热块高温引起的在X、Y向变形量展开研究，进而为优化改进喷头机构提供理论依据。