邢小颖，马 运，王龙兵，汤 彬，姚启明，徐江波

（清华大学基础工业训练中心，北京 100084）

随着时代的进步，3D 打印技术也得到了进一步发展并跨入了一个全新的领域，新的信息和控制以及材料等技术不断被广泛应用到机械制造领域，3D 打印技术也将被推向各个领域。需研制更多类型的打印材料，提升打印材料的打印速度、效率和精度，提高3D 打印成品的表面质量、粗糙度和物理性能，以实现直接面向产品制造。本文设计的3D 打印采用FDM（Fused Deposition Modeling）熔融堆积成型技术，以丝状材料为基本原料（如塑料，通过电加热模块将丝材料加热至熔融状态，本文选择PLA 材料），在处理器的控制下，控制喷头在平面X-Y轴做二维平面运动，将喷头内熔融状态的材料按照当前层的轮廓轨迹数据喷射，冷却固化后形成工件的当前层截面，完成一层后，喷头在Z轴方向垂直移动单位高度，进行下一层堆积，这样逐层堆积后形成三维工件。

1 3D 打印机结构设计

1.1 3D 打印机设计基础和依据

1.1.1 设计参数

打印机运行尺寸：200 mm×200 mm×200 mm。打印的最大范围：200 mm×200 mm×200 mm。电机的转速：3 600 r/min。喷头最大运行速度：80 mm/s。最大成型件质量：约为10 kg。Z向定位精度：0.01 mm。加热板、丝杠以及直线导轨轴等的总质量：约10 kg。

1.1.2 材料选择

打印材料：PLA 工程塑料，PLA 耗材熔点为230 ℃左右，分解温度260 ℃以上，因此其通常成型温度在250 ℃左右。加热板材料：LCP 特种工程材料300～350 ℃。

1.2 3D 打印机整体结构设计

打印机的结构材料主要是铝合金，底座由4 个地脚和1块铝板构成，这样的底座稳固性非常强，能保证打印机在工作的时候不会发生摇动而导致打印精度下降。……