桌面級3D打印機設計

PEEK打印過程中環(huán)境溫度對成型質(zhì)量比較重要，之前YangC等的研究已經(jīng)確定了PEEK450G型號下的最佳環(huán)境溫度是100-130°C，尤其是50-100°C之間對結(jié)晶度提升最大，100°C之后的提升效果不佳。因此為了提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度，且一定程度降低高溫能耗，我們將環(huán)境加熱溫度控制在90-100°C之間，個別情況下可以加大功率提高溫度。

這里采用的加熱裝置主要是PTC加熱器＋熱輻射燈組合使用。PTC加熱器是作為長時間加熱出風，升溫時間較長，但是出風量大，溫度也高，可加熱空間大；熱輻射燈是作為短時間加熱，升溫時間很短，但是加熱空間很小，集中于發(fā)熱體周圍，此外，其他熱輻射形式都可以作為輻射燈來使用。PTC加熱器安裝在左板靠近3D打印加工平臺處，熱輻射燈安裝在右板靠近打印平臺處，并將其鋁合金外殼對準打印區(qū)域附近，形成包覆面。在打印開始前，先加熱PTC加熱器，升溫到設定溫度時保溫幾分鐘，讓熱量充滿箱體，隨后開啟熱輻射燈，覆蓋打印區(qū)域，彌補不足的環(huán)境溫度，同時打印過程也可以開始。通過短期和長期溫度加熱，可以將環(huán)境溫度穩(wěn)定在一般的溫度區(qū)間（90°C）。

本次沒有采用單獨控制的加熱室，主要是考慮到不影響打印頭移動，本套系統(tǒng)的移動機構(gòu)需要從調(diào)零開始，一旦加熱室密封，會限制打印頭和打印平臺之間移動，也會影響打印精度，因此選擇了整體內(nèi)腔加熱的方式。但是整機的一些部件，比如塑料支撐件、同步帶等受環(huán)境溫度影響大，當溫度超過100°c以上會發(fā)生熱變形，因此為了進一步提高環(huán)境溫度（150°C），需要對成型室進行后續(xù)的改進，縮小不必要的加溫區(qū)域，保護易受高溫影響的組件。

電氣控制系統(tǒng)的好壞和軟硬件配置的高低決定著打印系統(tǒng)的性能，硬件控制系統(tǒng)主要包括電源模塊、按鍵顯示模塊、主控CPU及其電路模塊、電機驅(qū)動模塊、擠出控制模塊、溫度控制模塊和通信摸塊。3D打印系統(tǒng)的硬件電路比較簡單，，主控芯片讀取上位機或SD卡中的目標數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶按鍵指令開始打印，按鍵包括開始、暫停、選擇等功能。主控芯片讀取到指令后進行數(shù)據(jù)解析，輸出信號控制驅(qū)動芯片，進而控制電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)x、y、z和噴頭部分的運動。

對于普通的桌面級3D打印機設計，通常采用ArduinoＭega系列的開源集成主控板，將電機驅(qū)動集中于主板上。本次采用的是ChiTuPro主控板，集成5路32細分步進電機驅(qū)動芯片，3路限位開關，3路熱敏電阻，一個SD卡座，一個USB接口，一個電源插座。與此同時，還配有數(shù)字電位器，用于調(diào)節(jié)電機電流，擴展模塊包括Wifi模塊、大電機驅(qū)動和其他功能拓展模塊。

本次溫度控制模塊作為擴展模塊獨立出來。主要是由于溫度加熱高，直接連接主板超過了額定電流；其次是由于有三項溫度控制，打印頭、PTC加熱器和熱輻射燈，獨立在溫控面板上方便操作。因此，采用3通道智能溫控儀進行控制，型號為XTＭA，調(diào)節(jié)方式為PID控制。溫控以輸入信號可以通過內(nèi)部參數(shù)SN更改，輸出為繼電器輸出，配合不同執(zhí)行機構(gòu)可以控制加熱設備。

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