基于FDM双步进电机的丝料自动切换装置双喷头3D打印机的设计
熔融沉积成型技术是以熔融性丝材作为原材料，将丝材加热融化后逐层进行快速打印
成型的增材制造技术。近些年与 3D 打印技术相关的研究成果在国内外产业界、学术界备
受关注，而与彩色成型有关的研究较少。在运用熔融沉积成型技术进行成型后所得到的颜
色相对单一，为了运用三维实体快速成型制造出彩色模型，本文详细研究并分析了市场上
常见的熔融沉积型 3D 打印机，并自主研发了一款基于 XYZ 结构、拥有多色丝料自动切
换系统的熔融沉积型打印机。开创性的提出了一种新的耗材切换结构——多色丝料自动切
换装置，主要通过步进电机控制一个可移动的挤压托架与装载不同颜色丝料的摆臂相互压
缩与放开，从而实现丝料间的自动切换。
通过对上述打印机的研究，提出了实现彩色成型的关键设计——基于双步进电机的丝
料自动切换装置，并根据设计方案完成了整机的实物搭建，解决在进行彩色成型过程中丝
料自动切换的问题。并针对自研机器进行了一系列打印测试与丝料切换试验，结果表明所
设计的多色 3D 打印机能进行高质量、高速度的彩色模型成型。
关键词：FDM 技术；彩色 3D 打印；颜色切换
目 录
摘 要 ........................................... ...............1
Abstract........................................... ..............2
前 言........................................... ................3
第一章 绪论 ..................................................... 4
1.1 研究背景及意义 ............................................ 4
1.2 研究状况 .................................................. 4
1.2.1 彩色 3D 打印分类 ......................................... 4
1.2.2 国内外研究状况 .......................................... 6
1.3 论文的主要研究内容和创新之处 .............................. 8
1.3.1 主要研究内容......................................................................................... 8
1.3.2 创新之处................................................................................................. 8
1.4 本文组织结构 .............................................. 9
第二章 整机的结构设计方案 ...................................... 10
2.1 熔融沉积成型技术工作原理 ................................. 10
2.2 FDM 型 3D 打印机常见结构类型 ............................... 11
2.3 基于 FDM 彩色 3D 打印机的总体设计 .......................... 12
2.4 机身外框结构设计 ......................................... 14
2.5 XYZ 轴运动机构设计 ........................................ 15
2.5.1 三轴的运动方式分析........................................................................... 15
2.5.2 三轴的传动方式选择........................................................................... 16
第三章 多色丝料自动切换系统设计 ................................ 17
3.1 系统总体结构 ............................................. 17
3.2 多色切换模组设计 ......................................... 18
3.2.1 模组整体设计....................................................................................... 18
3.2.2 模组结构设计....................................................................................... 18
3.2.3 模组核心部件....................................................................................... 19
3.3 多进一出转换器设计 ....................................... 20
3.4 多色切换模组工作流程 ..................................... 21
第四章 3D 打印机的搭建及性能测试 ................................ 22
4.1 打印机硬件的选取 ......................................... 22
4.2 打印平台的软件设计 ....................................... 24
4.3 打印机的装配及调试 ....................................... 27
第五章 打印模型粗糙度分析 ...................................... 29
5.1 打印试样粗糙度值测试 ..................................... 29
5.2 粗糙度值分析 ............................................. 30
第六章 总结与展望 .............................................. 31
6.1 课题总结 ................................................. 31
6.2 未来展望 ................................................. 31
参考文献
致谢
参考文献
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