3D打印技术已经经历近四十年发展历程,其中基于熔融沉积(FDM)的技术是在目前几大3D打印技术中应用最为广泛的技术。因为该技术的成本低,可供打印的材料广泛等方面,基于FDM的3D打印技术得以应用在各行各业中,几乎可以应用在制造业中的任何行业。基于该打印技术原理的打印设备是涉及了机械、电气、控制、信息和材料等多个学科,属于典型的多学科复杂交叉的机电系统。本文结合基于FDM的3D打印技术和并联机构技术,设计了一台并联结构的3D打印机,并完成样机的设计制造,样机的系统主要是由机械系统、硬件控制系统以及软件系统三大系统组成,在阐述系统的组成中介绍了并联结构3D打印机的打印成型过程。为本文的研究重点并联结构3D打印机的运动学分析以及成型精度的研究奠定了研究基础。首先,从并联结构3D打印机的机械本体结构入手,分析了机械本体机构的运动学特性,分析得到了并联结构3D打印机的机构自由度以及运动的形式。随后,对并联结构3D打印机的运动学方程进行推导,得到了运动学的正反解方程,并结合虚拟样机软件ADAMS对机构的运动学特性进行验证,证实了这类并联机构运用在3D打印机中是可行的。其次,从机械结构的误差和打印的工艺参数两个方面分析了影响并联结构3D打印机的打印模型成型精度,并对机械的模型误差进行误差建模。并且建立简化的误差模型,分离误差模型中位姿误差和位置误差,分析不同来源的几何误差对打印头输出末端的误差影响。最后,针对打印工艺参数对中的关键的参数,即分层厚度?、打印头温度T0、工作平台温度T1、打印头的运动速度四个关键参数。设计正交试验分析在不同的尺寸方向上,关键参数的不同参数水平对尺寸精度的影响程度。基于不同因素的是否显著影响的条件下,提出了不同方向上的误差补偿方程,对为实际的应用中提高并联结构3D打印机的打印精度提供了理论基础。
