一种用于教学的FDM微型3D打印机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于教学的FDM微型3D打印机，包括底座、机架、控制器和程序录入装置，所述机架固定在底座上，且其上设置有打印装置，所述底座上设置有可通过纵向伺服电机驱动前后移动、通过横向伺服电机驱动左右移动的定位装置，所述机架上设有可通过垂直伺服电机驱动上下动作的连接板，所述打印装置安装在连接板上，所述控制器内置Arduino Nano单片机和Grbl09数控系统，并与打印装置、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机连接，所述程序录入装置与控制器连接；通过Arduino Nano单片机和Grbl09数控系统控制实现塑料产品的3D打印，结构简单，易于实现，制造成本低，可以让更多学校有力购置，使学生得到更多的实践操作机会，以便更好的推进教学。

【技术实现步骤摘要】
一种用于教学的FDM微型3D打印机
本技术涉及3D打印
，特别是涉及一种FDM技术的塑料产品3D打印机。
技术介绍
熔融挤出成型(FusedDepositionModeling)使用的是热塑性材料，如蜡、ABS、PLA等丝状材料，可以在挤出喷头内被加热至熔融态，喷头随后沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔融状态的材料挤出，被挤出的材料迅速固化，并与周围的材料相粘结，每一个片层都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用；另外，我国高校数控原理与数控加工技术等有关数控机床方面的课程，能为高校学生提供全面的数控理论知识，为了让学生能够快速、直观的理解FDM技术，教学过程中需要FDM3D打印机作为教学工具，但是现有的FDM3D打印机结构复杂，成本高昂，导致设备价格昂贵，很多学校无力购置，进而影响学生的实践操作机会，无法更好的推进教学；此外，现有的FDM3D打印机打印的稳定性较差，难以有效的保障打印精度。因此，有必要对现有技术进行改进和优化。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术提供一种用于教学的FDM微型3D打印机，以便降低成本，使更多学校有能力购置。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于教学的FDM微型3D打印机，包括底座、机架、控制器和程序录入装置，所述机架固定在底座上，且其上设置有打印装置，所述底座上设置有可通过纵向伺服电机驱动前后移动、通过横向伺服电机驱动左右移动的定位装置，所述机架上设有可通过垂直伺服电机驱动上下动作的连接板，所述打印装置安装在连接板上，所述控制器内置ArduinoNano单片机和Grbl09数控系统，并与打印装置、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机连接，所述程序录入装置与控制器连接；所述打印装置包括设置在连接板上的挤出座和输送丝状塑料原材料的送料电机，所述挤出座上侧设有第一送料管接头、下侧设有与第一送料管接头对应的热熔装置，所述送料电机端部设有送料盒，所述送料盒上侧设有第二送料管接头、下侧设有原材料入口，所述第一送料管接头和第二送料管接头之间连接有送料管，所述热熔装置下侧连接有喷嘴，所述送料盒内设有与送料电机输出端连接的减速齿轮组和由减速齿轮组带动的送料轮，所述送料轮外侧设有与其对应的辅助轮，所述辅助轮与送料轮外圈均设有环绕一周的环形槽，所述环形槽的深度小于原材料的直径，所述送料轮的环形槽槽底与辅助轮的环形槽槽底间最小距离小于或等于原材料的直径。所述机架包括两条竖立的铝型材，两条所述铝型材的相对侧设有垂直滑行槽，所述垂直滑行槽内设有与垂直伺服电机连接的垂直丝杠，所述连接板固定在定位杆上，所述定位杆两端连接有嵌入垂直滑行槽并与垂直丝杠啮合的垂直螺母。所述底座前后侧设有平行的横向平移导杆，所述横向平移导杆上侧设有横向平移滑槽，所述横向平移滑槽内设置有与横向伺服电机连接的横向平移丝杠，并装有与横向平移丝杠啮合的横向平移螺母，所述横向平移螺母上设置有定位螺杆，前后侧的所述定位螺杆之间装有平移定位板。所述平移定位板上设有与横向平移滑槽垂直的纵向滑槽，所述纵向滑槽内设有与纵向伺服电机连接的纵向丝杠，并装有与纵向丝杠啮合的纵向螺母，所述定位装置连接在纵向螺母上。所述定位装置包括底板，所述底板四角设有调节螺柱，所述调节螺柱上设有调节螺母，并通过调节螺母装有一调节板，所述调节板上设有打印座。本技术的有益效果是：通过以ArduinoNano单片机为数控系统硬件平台，采用Grbl09数控系统控制打印装置、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机工作，实现打印装置的上下动作和定位装置的左右、前后动作，从而完成塑料产品的D打印功能，结构简单，易于实现，制造成本低，可以让更多学校有力购置，使学生得到更多的实践操作机会，以便更好的推进教学；Grbl数控系统性能高、成本低，其包含完整的前瞻性加速度控制，可以实现平稳的加速和无冲击转弯，同时，将定位装置与打印装置的动作分离，使打印装置只做上下动作，有效的提高了打印的稳定性，极大的降低了喷嘴喷出的融化的塑料在打印时偏移的可能性，有效的保障打印精度。附图说明下面结合附图和实施例对本技术做进一步说明。图1是本技术的立体视角结构示意图；图2是本技术中打印装置的结构示意图。具体实施方式参照图1至图2，本技术的一种用于教学的FDM微型3D打印机，包括底座1、机架2、控制器3和程序录入装置4，所述机架2固定在底座1上，且其上设置有打印装置5，所述底座1上设置有可通过纵向伺服电机驱动前后移动、通过横向伺服电机驱动左右移动的定位装置6，所述机架2上设有可通过垂直伺服电机驱动上下动作的连接板7，所述打印装置5安装在连接板7上，所述控制器3内置ArduinoNano单片机和Grbl09数控系统，并与打印装置5、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机连接，所述程序录入装置4与控制器3连接；所述打印装置5包括设置在连接板7上的挤出座51和输送丝状塑料原材料的送料电机52，所述挤出座51上侧设有第一送料管接头53、下侧设有与第一送料管接头53对应的热熔装置54，所述送料电机52端部设有送料盒55，所述送料盒55上侧设有第二送料管接头56、下侧设有原材料入口57，所述第一送料管接头53和第二送料管接头56之间连接有送料管58，所述热熔装置54下侧连接有喷嘴59，所述送料盒55内设有与送料电机52输出端连接的减速齿轮组和由减速齿轮组带动的送料轮，所述送料轮外侧设有与其对应的辅助轮，所述辅助轮与送料轮外圈均设有环绕一周的环形槽，所述环形槽的深度小于原材料的直径，所述送料轮的环形槽槽底与辅助轮的环形槽槽底间最小距离小于或等于原材料的直径。通过以ArduinoNano单片机为数控系统硬件平台，采用最新版Grbl09数控系统控制打印装置5、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机工作，实现打印装置5的上下动作和定位装置6的左右、前后动作，从而完成塑料产品的3D打印功能，结构简单，易于实现，可使用废旧电脑光驱拆机件和铝合金型材进行组装，实现废旧电子垃圾的再利用，对环境保护具有重大意义，制造成本低，可作为教学仪器开展有关的3D打印课程，学生也可以自行购买使用，便于推广；开源的Grbl数控系统是一款针对Arduino/AVR328芯片的嵌入式G代码编译和运动控制器，具有性能高、成本低，基于并口运动控制，其包含完整的前瞻性加速度控制，可以实现平稳的加速和无冲击转弯，同时，将定位装置6与打印装置5的动作分离，使打印装置5只做上下动作，有效的提高了打印的稳定性，极大的降低了喷嘴59喷出的融化的塑料在打印时偏移的可能性，有效的保障打印精度；此外，由于Grbl数控源代码的开源性，便于在Grbl系统基础上继续开展教研和科研工作；且程序录入装置4支持直接从SD打印，可以在无PC环境下独立工作，更加方便。而打印装置5通过从原材料入口57处送入丝状塑料原材料，原材料在通过送料电机52驱动的送料轮与辅助轮的挤压、带动下，通过送料管58输送至热熔装置54，在热熔装置54的加热下融化变成液态塑料，并最终通过喷嘴59喷出，在定位装置6上打印出来，辅助轮与送料轮外圈的环形槽可以防止原材料偏离两轮之间，保证原材料输送的持续性，而通过将环形槽的深度设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于教学的FDM微型3D打印机，包括底座(1)、机架(2)、控制器(3)和程序录入装置(4)，所述机架(2)固定在底座(1)上，且其上设置有打印装置(5)，其特征在于：所述底座(1)上设置有可通过纵向伺服电机驱动前后移动、通过横向伺服电机驱动左右移动的定位装置(6)，所述机架(2)上设有可通过垂直伺服电机驱动上下动作的连接板(7)，所述打印装置(5)安装在连接板(7)上，所述控制器(3)内置Arduino Nano单片机和Grbl09数控系统，并与打印装置(5)、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机连接，所述程序录入装置(4)与控制器(3)连接；所述打印装置(5)包括设置在连接板(7)上的挤出座(51)和输送丝状塑料原材料的送料电机(52)，所述挤出座(51)上侧设有第一送料管接头(53)、下侧设有与第一送料管接头(53)对应的热熔装置(54)，所述送料电机(52)端部设有送料盒(55)，所述送料盒(55)上侧设有第二送料管接头(56)、下侧设有原材料入口(57)，所述第一送料管接头(53)和第二送料管接头(56)之间连接有送料管(58)，所述热熔装置(54)下侧连接有喷嘴(59)，所述送料盒(55)内设有与送料电机(52)输出端连接的减速齿轮组和由减速齿轮组带动的送料轮，所述送料轮外侧设有与其对应的辅助轮，所述辅助轮与送料轮外圈均设有环绕一周的环形槽，所述环形槽的深度小于原材料的直径，所述送料轮的环形槽槽底与辅助轮的环形槽槽底间最小距离小于或等于原材料的直径。...

【技术特征摘要】
1.一种用于教学的FDM微型3D打印机，包括底座(1)、机架(2)、控制器(3)和程序录入装置(4)，所述机架(2)固定在底座(1)上，且其上设置有打印装置(5)，其特征在于：所述底座(1)上设置有可通过纵向伺服电机驱动前后移动、通过横向伺服电机驱动左右移动的定位装置(6)，所述机架(2)上设有可通过垂直伺服电机驱动上下动作的连接板(7)，所述打印装置(5)安装在连接板(7)上，所述控制器(3)内置ArduinoNano单片机和Grbl09数控系统，并与打印装置(5)、纵向伺服电机、横向伺服电机和垂直伺服电机连接，所述程序录入装置(4)与控制器(3)连接；所述打印装置(5)包括设置在连接板(7)上的挤出座(51)和输送丝状塑料原材料的送料电机(52)，所述挤出座(51)上侧设有第一送料管接头(53)、下侧设有与第一送料管接头(53)对应的热熔装置(54)，所述送料电机(52)端部设有送料盒(55)，所述送料盒(55)上侧设有第二送料管接头(56)、下侧设有原材料入口(57)，所述第一送料管接头(53)和第二送料管接头(56)之间连接有送料管(58)，所述热熔装置(54)下侧连接有喷嘴(59)，所述送料盒(55)内设有与送料电机(52)输出端连接的减速齿轮组和由减速齿轮组带动的送料轮，所述送料轮外侧设有与其对应的辅助轮，所述辅助轮与送料轮外圈均设有环绕一周的环形槽，所述环形槽的深度小于原材料的直径，所述送料轮的环形槽槽底与辅助轮的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林尧，林放，周漪清，
申请(专利权)人：江门职业技术学院，
类型：新型
国别省市：广东,44