?以下內容摘自網絡，僅供學習討論，侵刪。

持續更新。。。

---

FDM打印機是通過噴頭融化絲狀耗材（PLA，ABS等材料），然后逐層涂在熱床上，一層一層逐級抬高。

結構分類

Prusa i3型是一種龍門結構，這種結構的打印頭沿著X軸和Y軸移動，而打印平臺則沿著Z軸移動。I3結構通常配備有一個或兩個擠出頭，支持打印多種材料。

Core XY型是一種XY軸結構， XY軸由一個或多個電機驅動，而Z軸由另一個電機驅動。這種結構設計可以實現更高的打印速度和更快的換向，因為它消除了傳統設計中XY軸移動時的機械限制。Core XY打印機適合高速打印和精確控制，但可能需要更多的組裝和校準工作。

Delta / 三角洲（并聯臂）型是一種并聯臂結構，三角洲打印機以其獨特的三角形支架結構而命名，這種結構在三個支撐臂上分別安裝有打印頭，形成一個穩定的三角形。打印頭的移動是由三個獨立的斜桿和帶輪系統控制的，這使得運動非常平滑且快速。三角洲結構通常具有較高的打印速度和良好的穩定性，適合快速原型制作和小型零件的打印。缺點是打印平臺的面積通常較小，不適合打印大型物體。

基本結構

1、送絲機構：將塑料絲從卷軸送入擠出機，并保持一定的送絲速度。

2、擠出機：這是FDM打印機的核心部分，負責將熔融的熱塑性材料擠出并沉積在工作臺上，形成所需的形狀。擠出機一般是由一個步進電機，一個加熱器，一個噴嘴和一個風扇組成。

3、打印平臺：用于支撐打印物體，可以上下移動。熱床一般是給材料加熱，把材料粘在上面，防止翹邊。

4、移動系統：包括x軸、y軸和z軸的驅動機構，使打印頭能在三維空間內移動。步進電機帶動絲桿轉動，從而使噴頭和熱床移動。

5、控制系統：通常由計算機和相應的軟件組成，負責控制整個打印過程，包括路徑規劃、速度控制、溫度調節等。

6、冷卻系統：在打印過程中，為了加快固化速度和防止融化塑料粘連，通常會有冷卻風扇對打印物體進行冷卻。

工作原理

FDM打印機的工作原理主要基于熔融沉積成型技術（Fused Deposition Modeling）。

首先，將低熔點絲狀材料通過加熱器的擠壓頭熔化成液體。然后，擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準確運動，將熔化的熱塑材料絲通過噴頭擠出，沉積在工作臺上。每完成一層成型，工作臺便下降一層高度，噴頭再進行下一層截面的掃描噴絲。如此反復逐層沉積，直到最后一層，最終形成一個實體模型或零件。

在FDM打印過程中，每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。送絲機構為噴頭輸送原料，送絲要求平穩可靠。送絲機構和噴頭采用推-拉相結合的方式，以保證送絲穩定可靠，避免斷絲或積瘤。

此外，FDM打印機還需要配合計算機軟件程序進行控制，以確保打印精度和打印速度。打印材料的選擇也非常重要，需要選擇黏度低、熔點低、黏結性高、收縮率小的熱塑性材料，以保證打印出來的物品質量和精度。

打印機的控制

位置控制

FDM打印機的打印頭通常由一個或多個步進電機或伺服電機驅動，通過控制這些電機的轉動來精確控制打印頭在X、Y、Z三個軸上的位置。這些電機通常與打印機的控制板相連，控制板根據切片軟件生成的G代碼（一種描述機器運動軌跡的語言）來控制電機的轉動，從而精確控制打印頭的移動軌跡。

流量控制

流量控制是指控制打印頭擠出的塑料量。通過控制擠出機的轉速和噴嘴的直徑來實現。打印軟件會根據切片數據計算出每個時間段內需要的塑料量，然后通過電子驅動器或步進電機控制擠出機的旋轉速度，從而控制流量。

流量控制對于確保每一層的塑料量是均勻的至關重要，這直接影響到打印出的模型是否會出現層間粘連或不均勻的問題。

流速控制

流速控制是指控制塑料絲在打印頭擠出時的速度。通過控制打印頭的移動速度來實現。打印軟件會根據切片數據計算出每個層的打印路徑和所需時間，然后通過電子驅動器或步進電機控制打印頭的移動速度。

流速控制影響到打印速度和熔融塑料在打印頭中的冷卻速度，這會影響到模型的細節和表面質量。

溫度控制

打印頭中的擠出機需要精確控制溫度，以確保塑料絲能夠熔化并均勻地擠出。溫度的控制通常通過熱敏電阻（NTC）傳感器和加熱元件來實現，計算機控制系統會根據打印需求調整加熱元件的功率，以維持恒定的溫度。

為了保證材料能順利地從噴頭擠出，噴頭的溫度必須高于材料的熔點，不同的材料需要不同的噴頭溫度。打印材料擠出后，需要在打印平臺上堆積成型。目前市面上絕大多數消費級FDM打印機都是敞開式的，材料成型的環境溫度和室溫一致，一些材料（例如ABS）從噴頭擠出后，一下子冷卻到室溫，與打印平臺的粘附就會不牢，導致后面打印失敗。通過加熱打印平臺可以改善這種情況，這種可加熱的打印平臺也被稱作熱床。合適的打印平臺溫度可以有效地增強材料與平臺的粘附力。而打印工程塑料或者高性能特種工程塑料，由于材料冷卻固化后內應力比較大，打印過程中很容易翹曲變形，這時僅僅有熱床就不夠了，還需要有一個具備一定溫度、封閉的恒溫艙。

數學建模

擠出過程建模

塑料的熔化和擠出過程可以通過流體力學和熱力學的方程來描述。熔化過程中，塑料的溫度分布和熔化速率需要通過熱傳導方程來模擬。擠出過程中，塑料的流量與擠出機轉速、螺桿幾何形狀和溫度有關，這可以通過流變學方程來建模。

路徑規劃建模

數學模型需要規劃打印頭的移動路徑，以確保材料能夠精確地沉積在正確的位置。這涉及到計算幾何學中的路徑規劃和算法，如Bresenham算法或最近點路徑規劃算法。

層間黏結模型

在FDM打印中，不同層之間的黏結強度對打印質量至關重要。層間黏結模型描述了相鄰層之間的黏結機制和影響因素，如材料的表面張力、潤濕性和固化時間等。

溫度模型

FDM打印過程中，材料的溫度是一個關鍵因素。溫度模型描述了打印頭、工作臺和周圍環境的溫度分布和變化。這個模型需要考慮熱傳導、對流和輻射等多種熱傳遞方式，以及材料的熱物性參數。

材料特性模型

塑料的物理和化學特性，如熱膨脹系數、熔點和固化時間，需要被模型化。這些模型可以幫助預測打印過程中的材料行為。

力學模型

打印出的物體在固化后的力學性能也需要被考慮，這可以通過有限元分析（FEA）來實現。模型可以預測打印物體在不同應力和溫度條件下的強度和變形。

機器學習

為了進一步提高打印質量和效率，可以使用機器學習算法來優化打印參數。這些算法可以基于大量的打印數據來預測最佳打印參數。