细谈工业设计|3D打印机近端挤出机的中高端应用

更新时间:2021-08-25    浏览次数:85

    说到桌面级FDM3D打印机,从技术原理上不难,但价格从几百块到几万块都有,巨大的价格差别,除了品牌效应外,还有一个重要因素,就是工业设计。今天,就从一个挤出机的角度,细谈一下那些需要细细琢磨的工业设计。

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    说到挤出机,首先一个疑问,为什么近端挤出机很少见,但中高端产品却偏爱这个设计呢?在这之前,我们先回顾一下近端挤出和远程挤出的区别。

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远程挤出 (Broden Extruder)

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这种类型的机器,一般挤出机和步进电机安装在机器外壳上,通过特氟龙管远程给喷头送料。比如:Ultimaker,三角洲等机型

远程挤出优点:

1、喷头重量轻,惯性小,移动定位更精准;

2、喷头移动速度可达200~300mm/s,因此其打印速度也可以非常快;

3、喷头和挤出机分离,方便维护。

缺点:

1、送料距离远,阻力较大,要求负责挤出的步进电机有更大的力矩;

2、挤出机与喷头需要用特氟龙管和气动接头连接,相对于近程挤出更容易出现故障;

3、耗材和特氟龙管有一定弹性,再加上一般气动接头也有一定活动空间,所以导致需要的回抽距离和速度更大,不如近程挤出回抽精准;

4、挤出机与喷嘴距离较长,因此送料管中的那一段耗材比较难用尽。

5、换料不是很方便,尤其是使用打印过程中不暂停,新料顶老料的换料方法,料头在送料管中时无法回抽。

6、由于送料距离过远一但使用弹性耗材就会导致无法正常输送材质的情况出现,远程挤出方式的3D打印机一般都不能支持弹性材质的打印。

 

近端挤出 (Direct extruder)

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这种类型的机器,一般挤出机和步进电机安装在喷头上,直接给喷头送料。比如Makerbot,云图创智等机型

近端挤出优点:

1、对送料量的控制比远程挤出更精确,回抽更精准;

2、对挤出步进电机的力矩要求相对低些;

3、换料方便;

4、适合打印TPU等软性材料。 

缺点:

1、喷嘴热端、挤出机、步进电机、散热风扇等集成在一起,拆装维护不方便;

2、喷头较重,尤其是双喷头打印机,运动时惯性大,加速减速相对困难,因此要用较低的打印速度以保证精度;

 

为什么中高端打印机更偏爱近端打印设计呢?

    早期的RepRap打印机最常用的是近端挤出机,采用齿轮减速,直流电机驱动的设计。但由于惯性大,直流电机无法快速启动和停止,所以很难精准地控制。但新的机器多用步进电机驱动,挤出机也用步进电机驱动进料,特别是在高级的步进电机配合下,进料与移动都有非常精准的控制。所以只打印一种材料时,使用进近端挤出设计是最合适和最高效的。而近端打印另一个容易误会的缺点,就是打印速度。很多人认为喷头质量大了惯性大,不利于移动速度。如果是对于i3结构的3D打印机,这个顾虑是多余的,因为i3结构的Y轴移动是平台移动,通过平台整体移动来实现Y轴位移。

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 因为X、Y轴是移动最频繁的两个方向,但Y轴的移动质量很大,所以很多厂家调教时为了保护Y轴,X轴的移动速度也会有所限制。一般切片工具调整XY轴速度时,也是同步的。所以影响XY轴移动速度的关键不是喷头,而是平台质量。

另外还有一种常见FDM打印机结构——箱体结构。主要原理是喷头沿XY轴移动,平台Z轴向下位移来实现打印的结构类型。但这种类型又细分三种结构:UMMBCore XY。这三种类型下次用单独的篇幅来细讲。

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    解决完精度和惯性这个大缺点,近端挤出设计的优势是非常明显了。结构简洁、回抽精准、换料方便、可打印材料多等优点,能打印多种软硬材料且换料方便,并且结构简洁美观。

    对于中高端机型,产品设计时侧重点会偏向外观、功能、第一体验感等。用简洁好看的外观、丰富的功能这些直观的设计来区分产品的价格定位。同时用简单便捷的操作体验来给客户良好的第一感觉。而对于耐用性,一般中高端机型,用料做工都比较自信,耐用性都比低价位的好。

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