1 引言

随着3D 打印技术的快速发展，各大高校、创客工作室对小型高效打印机的需求也在迅猛的增长，然而国产小型打印机技术革新相对滞后，在售商品结构老旧、质量参差不齐，长时间打印后机器磨损严重等问题，给高校教学研究、创客工作室创新设计带来诸多不稳定因素，故设计一种高效稳定的闭环结构3D 打印机是解决此类问题的关键。

大都市区进行综合交通体系规划建设，包括核心层级和辅助层级，区域通过打造三个交通核心点、十一条交通主道次级中心的布局结构，形成多样式、多层次的混合联运交通运输体系。其中十一条主道次级中心就有奉新交通次级枢纽，在即将并网形成的高速公路网格局中，有重要的东乡-昌傅-奉新高速。后期将新建奉新基地通用机场。

2 闭环结构3D 打印机的设计

2.1 总体设计方案及工作过程

如图1所示，闭环结构3D 打印机是由主体框架、Z 轴升降台、XY 轴十字平台、触摸操作面板、供电电源及闭环电机驱动器等组成。

打印工作过程如下：将工程文件拷贝至储存设备，将储存设备连接到打印机，通过触摸屏幕选取相应的文件，按：“运行”键，主控自动读取文件并解析成坐标参数发送给驱动器完成打印动作；面板将显示打印头和热床的实时温度及设定温度，打印进度等信息。

2.2 各组成单元设计与制作

  

图1.闭环结构3D 打印机结构图

 

1.3.5寸触摸屏；2.Z 轴；3.打印头；4.热床平台；

XY 轴的设计：如图2，采用框架结构设计，对原有结构进行改进，原结构用6根光轴做直线和旋转运动，对光轴要求较高，现设计用6根直线导轨做直线运动，4根光轴做旋转运动，可以有效降低整机的噪音，提高XY 轴的顺滑度，减小磨损，直线和旋转运动分开传动，大大提高稳定性；动力部分选用东方42闭环步进电机，具有大扭力，稳定、高速、不丢步等优点；传动部分选用同步带传动，同步带适用于轻负载、高速度领域，最大化的延展了框架结构的优点。

  

图2 XY 轴的设计

Z 轴平台的设计：如图3，最终的打印成品展现在Z 轴平台上，平台使用一块环氧树脂板做为支持，通过四个带弹簧的螺杆连接24v 热床，以便后期平台调平；运动部分选用1605滚珠丝杆模组在保证精度的同时起到主支撑的作用，另一边用2根直线导轨做副支持，三点支撑保证打印大件时的稳定；动力部分同样采用闭环步进电机通过丝杠将电机的旋转运动转换成直线运动，控制十分简单、可靠、且成本低，承载能力大。同时维护成本很低，只需要定期的注脂润滑，没有易损件需要维护更换。

解决各大高校、创客工作室对小型高效打印机的需求，本设计采用现有国外开源结构进行，适合我国市场需求进行本土化改进，根据市场情况和客户需求，调整传动结构及其动力装置，解决本土化需求问题。

仿真过程中阶跃扰动的设定值为1。DMC控制算法中建模时域N=110，优化时域P=70，控制时域M=2。仿真结果如图5、6所示。

3 结论

  

图3 Z 轴平台的设计

  

图4 控制系统设计

打印机控制系统设计：如图4，控制系统采用一体化的触摸控制器作为主控制器，这是专用的3D打印机控制主板(x、y、z、e 四路步进控制均可脉冲+方向、温度检测、 常闭式或常开原点、急停开关、大功率热床控制、完备的硬件保护)，这些功能保证了控制精准、可靠、安全。并且屏幕是 3.5寸触摸屏，用户界面一目了然，可以手指触碰控制运行，更加智能化、便捷。

解决长时间打印机器磨损问题，本设计X、Y轴直线与旋转运动分开，直线运动由专用导轨实现，提高了整机稳定性，加快了打印速度，且磨损大大降低，用户只需定期上油维护即可。

一个项目的管理水平对建设项目绩效的高低有着决定性的因素，这就要求各方积极的进行配合，对建设项目的质量负责。监理工程师是协调各方工作的桥梁，所以在一个建设项目当中，监理工程师应该积极的进行组织和协调，使各个参与方能够积极的履行自己的义务，从而在保证工程建设项目顺利开展的同时，缩短建设工期，增加投资的效益。

解决模块化主控不稳定问题，本设计采用目前已经成熟的一体化3D 打印机控制器，此控制器使用32位coretx-M4内核控制单元，性能强劲稳定，功能丰富，配合3.5寸全彩IPS 液晶触摸屏，操作简单流畅。

参考文献

[1] 史步海，苏炳恩.基于EtherCAT总线的六轴关节型机械手研究[J] .组合机床与自动化加工技术，2013，(5)：16～18

[2] 韩泉泉，李洪斌，刘日良.自动整理图书的机器人机械手研究[J] .机械制造与自动化，2012，(2)：142～142

[3] 郭景阳，海峰.计算机集成制造系统——现代工业工程的综合体现[J] .合肥工业大学学报(自然科学版)，1993，(04)

[4] 卢岚.现代工业工程的发展与应用[J] .人类工效学，1997(04)

[5] 戴君，李炳银.六轴臂式示教型机械手研究[J] .佛山科学技术学院学报(自然科学版)，19987，(1)：38～42

[6] 刘煜凡，黄沙，姚斌，李曌，李想，付小兵，吴旭.3D生物打印的微结构促进小鼠表皮干细胞的增殖和活性[J] .南方医科大学学报，2017，(06)