在3D打印技術(shù)中，FDM因其簡單的機械結(jié)構(gòu)、易設(shè)計、低制造成本和材料成本，常用于桌面級3D打印機。但FDM打印受結(jié)構(gòu)限制，零件尺寸和數(shù)量有限，打印時間長，效率低。目前僅有少量方案關(guān)注自動取件以實現(xiàn)連續(xù)打印。對現(xiàn)有方案工作原理進行剖析，較為常見的換床方式有利用帶傳送以及利用機械夾具夾取兩種，而取件則會利用擋板、刮刀等將打印件自動從熱床上推下。這些系統(tǒng)的功能實現(xiàn)不僅依賴于合理傳動系統(tǒng)的設(shè)計，還涉及利用傳感器對導(dǎo)軌進行運動檢測以及利用單片機控制電機驅(qū)動等電控內(nèi)容，除此之外還要實現(xiàn)3D打印機與換床系統(tǒng)的通信。這為我們提供了寶貴思路。我們要學(xué)習(xí)現(xiàn)有經(jīng)驗并設(shè)計出一套面向FDM 3D打印機的打印平板自動更換系統(tǒng)，從而提升打印效率。

本項目根據(jù)目前存在的問題，旨在設(shè)計出一套面向FDM 3D打印機的智能缺陷檢測和打印平板自動更換系統(tǒng)，提高打印機工作效率同時，該設(shè)備利用打印面板自動更換系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程操控與自動作業(yè)。本系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)硬件和軟件部分，結(jié)構(gòu)件可以使用3D打印制作，打印機的控制部分可以基于開源軟件實現(xiàn)。自動換床系統(tǒng)大部分零部件由3D打印制造。項目為實現(xiàn)FDM 3D打印打印面板自動更換功能，具體流程如下：當(dāng)打印完成之后，打印機執(zhí)行自動更換打印平板操作，導(dǎo)軌將打印面板取出，將打印件取下，把執(zhí)行過打印任務(wù)的打印平板收納起來，并更換新的熱床，進行下一打印任務(wù)。

機械設(shè)計

根據(jù)自動更換熱床系統(tǒng)的功能要求，我將最初的概念模型進行精細化設(shè)計，經(jīng)過多次迭代得到以下3D概念模型：

由圖可知：該熱床更換系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要由十部分構(gòu)成，分別為：豎直導(dǎo)軌，豎直光桿，支撐板，內(nèi)導(dǎo)軌，內(nèi)導(dǎo)軌支架，外導(dǎo)軌，外導(dǎo)軌支座，熱床座，熱床鏟以及最外側(cè)的熱床支架。各部分協(xié)同工作，確保熱床更換過程的順利進行。

3.2 電路控制

我們通過單片機實現(xiàn)了電機的驅(qū)動與控制。具體步驟如下：在計算好各導(dǎo)軌每一步運動所需移動的距離后，我們可以通過導(dǎo)軌的導(dǎo)程確定每一步導(dǎo)軌所需正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的圈數(shù)，根據(jù)最初設(shè)定的機械運動技術(shù)路線，確定內(nèi)外導(dǎo)軌以及豎直導(dǎo)軌的運動順序并按順序撰寫運動指令即可得到代碼。

3.3 樣機測試與運行

在根據(jù)機械模型組裝好實物后我們確定了以下運行邏輯：

首先，系統(tǒng)接收到換床信號時，支撐板移至最低位。此時，電機驅(qū)動熱床座向打印機移動，確保A側(cè)到達預(yù)定位置。

接著，豎直電機驅(qū)動支撐板上升，熱床座A側(cè)與打印面板接觸并繼續(xù)上升，磁鐵吸引磁性打印床，產(chǎn)生間隙。

然后，外導(dǎo)軌電機驅(qū)動熱床鏟插入空隙，使熱床與面板完全分離。內(nèi)外導(dǎo)軌電機同時工作，驅(qū)動導(dǎo)軌移動，熱床在磁鐵吸引和熱床鏟支撐下離開打印機。

最后，內(nèi)外導(dǎo)軌將熱床拖上支架，推至收集處。完成取出過程，準(zhǔn)備新熱床。新熱床放置邏輯相反。