【《基于螺杆挤出原理的多材料3D打印机结构设计》9800字】

基于螺杆挤出原理的多材料3D打印机结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u5490基于螺杆挤出原理的多材料3D打印机结构设计 190461.1引言 1254571.2基于螺杆挤出原理的多材料3D打印机总体设计 1108121.2.1方案一：挤出头平面运动，打印平台上下运动 2131091.2.2方案二：挤出头上下运动，打印平台平面运动 4266701.2.3总体方案确定 6250311.3关键部件设计 7212181.3.1丝杆传动设计 7121721.3.2打印平台设计 10277871.3.3机身框架设计 12214491.4关键部件选型 14158191.4.1直线模组选型 14289911.4.2驱动电机选型 15205791.5小结 17引言一台完整的3D打印机由机械系统和软件控制系统组成。其中，机械系统的设计与研发决定了打印机的质量和打印件的精度品质。所以，对于打印机各部分需要做到准确数字化设计建模和装配，这对设计的好坏有重要影响。在基于螺杆挤出原理多材料3D打印机中，机身框架、工作平台、三轴运动系统和螺杆挤出头组件系统一起组成了机械系统。机身框架可以承受框架自身重量、挤出头重量和直线模组等外在载荷。工作平台保证制件在上面累加成型。X轴、Y轴和Z轴方向独立的直线运动组成了三轴运动系统，通过三轴运动系统的互相配合运动，可以精确实现打印头在预定路径的打印过程。挤出头系统是用来成型材料的挤出结构，来保证材料能够准确又顺畅的供给。设计和创新相辅相成，多材料3D打印机的机械结构设计在基于螺杆挤出原理的基础上，提出两种设计方案，并借助计算机辅助设计软件完成三维CAD模型。基于螺杆挤出原理的多材料3D打印机总体设计本文提出的多材料3D打印机是基于螺杆挤出原理设计的3D打印装置，与传统的热熔融3D打印机有着本质的区别。首先，打印材料为固态颗粒料的PLA基复合材料，不像传统打印机必须通过送料小齿轮啮合送出标准的线材，而固态颗粒料的PLA相对线材更易于获得，节省原材料和加工成本，并设计全新的挤出机构来打印；其次，将螺杆挤出原理运用在3D打印中，由于挤出头的喷嘴口径是1mm，因此可以显著提高打印效率，且设计的打印机框架尺寸较大，可为大尺寸产品打印提供设计思路；最后，所设计的打印机能满足两种及以上材料同时打印、换料方便。设计方案是整个设计过程的基础，要根据设计要求以及工作原理等进行方案设计。以传统FDM熔融挤出桌面级3D打印机为原型，应用螺杆挤出原理设计一种多材料3D打印机[37-44]。基于螺杆挤出原理多材料3D打印装置结构应该可靠、运动稳定。打印机搭建可以选择合适的机械运动结构，同时为了便于检修，需要设计检修位置并配备一定数量的可互换备件，使得多材料3D打印机在使用过程中出现问题随时能检修，更换易损件。打印机机械形式有三种，分别是串联型、平行连杆型和直角坐标型[45]，综合本文的大框架螺杆挤出打印的特点，结合对3D打印机的各种运动结构的分析，本文所设计的两种基于螺杆挤出原理多材料3D打印机的设计方案均为UM结构，即直角坐标型。现代先进的设计方法不同于以往的传统直觉和经验手工计算的设计方法，其具有快速、高效和节能的优点。此处主要运用了CAD、CAE、优化设计和绿色设计等先进方法。本文使用CAD软件进行了打印机结构设计的零件三维建模、总装配和二维工程图；使用以有限单元法为代表的计算机辅助工程技术对打印机必要部件进行有限元分析；使用优化设计的方法可以在满足产品使用功能的前提下，尽可能使用少的材料来达到设计的目的；使用可生物降解的PLA混合颗粒料作为打印原材料，使用了绿色设计的理念，有利于节能减排。应用这些先进设计方法不仅可以有效的缩短设计时间和经济成本，还能使设计与生态环保理念有效结合。基于上述所写，本文提出两种结构设计方案。方案一，如图2-1所示，螺杆挤出头组件系统做二维平面运动，即Y轴运动影响X轴运动，X轴运动影响挤出头打印系统的运动，打印平台做竖直方向Z轴的升降运动。方案二，如图2-2所示，螺杆挤出头组件系统做竖直方向的升降运动，打印平台做二维平面运动。方案一：挤出头平面运动，打印平台上下运动该方案的3D打印机打印平台做竖直方向的升降运动，螺杆挤出头在二维平面运动，螺杆挤出头做打印挤出运动[46]。即挤出头平面运动，打印平台上下运动，Creo三维建模如图2-1所示。基于螺杆挤出原理多材料3D打印机机械结构包括机身框架系统、螺杆挤出头组件系统、三轴运动系统和打印平台部分。为减少整体重量，机身框架为8080铝型材，零部件采用铝合金材料，整机尺寸为1000×1000×1800mm，成型空间根据XYZ轴最大行程确定为600×600×1000mm。螺杆挤出头组件系统安装在由X轴和Y轴组成的工字型直线模组上，X轴和Y轴的平面移动部件通过L形角件与打印机框架连接，该系统随着X轴和Y轴的移动在二维平面做挤出运动，进而实现在打印机平面挤出运动；打印平台安装在Z轴移动部件上，打印平台通过Z轴丝杠带动实现在竖直方向的上升和下降运动，进而实现打印机竖直方向的移动。打印过程中的运动如下：打印平台上升至Z轴上方，与螺杆挤出头保持一定间隙，螺杆挤出头组件系统完成固定层厚的水平运动时，打印平台完成一个固定层厚的下降运动，通过螺杆挤出头组件系统和打印平台的移动配合，实现3D打印。螺杆挤出头组件系统具有供料、送料和加热的功能，它由电机、螺杆、料筒、加热线圈和挤出喷嘴等部件组成，电机经减速器与螺杆连接；螺杆和料筒配合，且留有一定的间隙来输送打印材料；加热线圈缠绕在料筒外周的加热部分，熔融后的多材料由螺杆按照一定的转速输送至挤出喷嘴，完成挤出运动。打印平台具有承载打印件的作用，它包括三层，分别是最下端的支撑板，中间层的加热板和最上端的玻璃板，为了导热均匀也可以在加热板上放置铝板导热。但本设计方案因选择的加热板上可以直接放置玻璃板，所以就不需要加铝板增加丝杠承重。支撑板通过Z轴丝杠和导向光轴固定在一起，加热板和支撑板通过弹簧调平螺钉在四角连接，玻璃板直接粘贴在加热板上。a）不加外壳的打印机b）加外壳的打印机图2-SEQ图2-\*ARABIC1设计方案三维模型Fig.2-1Threedimensionalmodelofthedesignscheme打印平台移动部件是由中间的滚珠丝杠和两侧导向光轴带动的，它们通过支撑座固定在打印机机身框架两侧。中间滚珠丝杠的两端用方型轴承座固定，再使用联轴器和电机连接，进而驱动滚珠丝杠旋转完成打印平台的上下直线运动；两侧导向光轴通过T型导向轴支座两端固定，其中导向光轴上装有直线轴承。其中，中间的滚珠丝杠的螺母座和两侧的导向光轴的直线轴承与打印平台的支撑板通过螺栓固定。X轴和Y轴移动部件由两组线性模组构成，两组线性模组组成一个“工”字型。第一组线性模组就是Y轴，共有2根，平行固定在打印机机身框架上；第二组线性模组就是X轴，纵向垂直设置并安装在第一组线性模组上，即被做纵向移动的第一组线性模组驱动做横向移动。在第二组线性模组上安装有挤出装置，它们通过末端装有风扇的挤出头支架相连接。机身框架由16根铝型材组成，其中包括4根1800mm的竖直铝型材和12根1000mm的水平铝型材，再加以铝型材固定角座，船型螺母等。工字型模组和Z轴上端支撑座安装在机身框架的顶部，Z轴驱动电机及底部支撑座安装机身框架的底部，机身框架的竖直部分将这两者相连接。基于螺杆挤出原理多材料3D打印机，通过两组挤出装置在水平面上的横向和纵向移动，这种十字交叉方式的设计方案，使移动过程中振动减少，并且能够更好地适应高速打印。此外，两组挤出装置同时使用两种颗粒料进行打印，不仅提高了打印效率，节约了成本，机身框架大尺寸设计还增大了打印范围。方案二：挤出头上下运动，打印平台平面运动该方案的打印平台做XY方向的平面运动，螺杆挤出头组件做Z轴升降运动。即挤出头上下运动，打印平台平面运动，Creo三维建模如图2-2所示。基于螺杆挤出原理多材料3D打印机挤出头组件设计包括第一送料装置，第二送料装置，第一螺杆挤出头运动组件，第二螺杆挤出头运动组件，X轴运动组件，Y轴运动组件和打印机框架。第一螺杆挤出机构安装在打印机框架上，第二螺杆挤出机构结构与第一螺杆挤出机构相同也安装在打印机框架上；送料装置中的料箱出口与螺杆挤出机构中的挤出料筒进料口连接。 图2-2设计方案三维模型Fig.2-2Threedimensionalmodelofdesignschemes螺杆挤出机构包括：安装板、挤出电机、挤出螺杆、挤出料筒和挤出喷头；挤出电机和挤出料筒安装在安装板上，挤出螺杆同轴设置在挤出料筒中，挤出料筒外圈包裹有加热圈；挤出电机的输出轴与挤出螺杆的上端连接，挤出螺杆的下端与挤出喷头连接；挤出螺杆与挤出喷头通过螺纹连接。挤出喷头下方设置有打印平台。送料装置包括进料系统支架，进料系统支架上设置有料箱，料箱上连接有料斗，料箱出口与螺杆挤出机构中的挤出料筒进料口连接；进料系统支架上安装有进料步进电机，料箱内与料箱出口相对的一侧设置有推板，进料步进电机的输出轴与推板连接。送料装置的送料管由软管和硬管组成，软管可以随着打印Z轴组件上下动态伸缩。打印机Z轴运动组件包括两套独立的螺杆挤出头装置。螺杆挤出头装置包括电机、螺杆、料筒、喷嘴和加热圈。其中在打印机最上层和第三层的铝型材中间部位各有一根水平铝型材，两根铝型材用来固定打印机Z轴丝杠和光轴。框架最上层和第三层之间的距离由打印机Z轴行程长短决定框架第三层铝型材位置。两套螺杆挤出头组件通过Z轴固定板固定在板子上，Z轴向固定板通过与滚珠丝杠的螺母座固定，实现Z轴上下运动。X轴运动机构包括X轴底板，X轴底板固定在对底层的打印机框架铝型材水平面上。X轴底板上设置有X轴电机和X轴丝杠；X轴向电机的输出轴与X轴向丝杠一端连接，打印平台连接在X轴向丝杠的滑块上。最下端的Y轴运动机构包括Y轴底板，Y轴底板上设置有Y轴电机和Y轴丝杠；Y轴电机的输出轴与Y轴丝杠一端连接；Y轴向丝杠上的丝杠滑块上固定连接有连接滑块，X轴底板固定安装在连接滑块上。X轴运动机构还包括两个X轴向光轴，两个X轴光轴平行设置在X轴丝杠两侧，打印平台的两侧分别与两个X轴向光轴上的滑块连接。Y轴运动机构还包括两个Y轴向光轴，两个Y轴导向光轴平行设置在Y轴向丝杠两侧，X轴平台的两侧分别与两个Y轴向光轴上的滑块固定连接。X轴运动机构和Y轴运动机构组合平面二维运动。设置料斗、进料步进电机和进料筒，使用时，通过料斗、进料步进电机和进料筒向挤出料筒中进料，因此普通粒料就可以作为打印材料，打印原料来源方便快捷；并且，这种进料方式，不会造成耗材浪费，不会因为耗材折断而造成打印中断或失败。该装置为大型3D打印装置，且使用螺杆挤出，打印效率高。配备有两套螺杆挤出机构，可实现多材料3D打印。总体方案确定1）进料方式对比方案一以常规式料斗来达到送料的目的，通过料斗向挤出机进行供料，利用粒料的自重使其进入料筒中，随着料筒内螺杆的旋转，粒料以一定的速度不断向前移动，从而实现粒料的进料；方案二采用储料罐通过软硬管与料筒连接进行送料，在储料罐外添加电机进行从下端往上端送料，使粒料进入料筒。经过比较两种送料机构设计方案，由于第二种方案中，软管的长度较长，容易发生堵料现象，反而会降低工作效率；而第一种方案是常规的输送方式，提高了效率，也杜绝了堵料现象。所以，根据进料方式选择第一种方案可行性强。2）三轴运动系统对比影响多材料3D打印机打印精度和打印效率的因素有很多，例如挤出头运动精度、加热温度和原材料特性等，其中挤出头运动精度与三轴运动系统息息相关。三轴运动方式的合理设计影响了整体装备的空间布局。表2-SEQ表2-\*ARABIC13D打印机常用三轴运动方式分析Table2-1Analysisofthecommonthree-axismotionmodeof3Dprinter方案方案一方案二运动方式挤出头做XY轴二维平面运动，打印平台做Z轴升降运动打印平台做XY轴平面运动，挤出头做Z轴升降运动优点空间利用率高喷头仅做Z方向上的独立运动，对喷头进料影响较小缺点由于喷头频繁运动会影响进料和成型精度由于工作平台占用空间大，空间利用率低为了设计出符合要求的三轴运动系统，可以遵循以下原则：第一，在设计的打印速度范围内，各轴运动时平稳运行，整体运动协调，响应时间短，定位误差小，重复定位精度高；第二，运动部件所安装的机身框架，单个组件互换性强、可加工性好，组件间安装牢固可靠，整体结构强度和刚度满足要求。方案一和方案二的运动方式对比如表2-1所示，以当前的3D打印机为例，通过分析其运动方式：方案一在运动可行域、空间利用率和打印效率等方面，优于方案二，方案二适用于挤出头较重的场合。结合本文设计实际需求，挤出头为基于螺杆挤出原理多材料3D打印挤出头，结构精巧，重量轻。故本文多材料3D打印机的三轴运动方式选择方案一，即挤出头做XY平面运动，打印平台做Z轴升降移动。3）传动方式对比多材料3D打印机使用滚珠丝杠进行Z轴上下运动，它具有承载能力高、稳定性好、定位精度高和结构简单的特点，可以将电机的旋转运动形式转变成打印平台的线性运动形式。两套设计方案中，Z轴都是步进电机旋转，带动丝杠螺母做旋转运动，与丝杠螺母座相连的螺母垫板进行线性运动。只是方案一带动的是打印平台进行上升和下降运动，而方案二带动的是双螺杆挤出头进行上升和下降运动。方案一的XY轴运动设计的是工字型线性模组，工字型线性模组固定安装在打印机机身框架上，三根直线模组安装稳定不晃动，线性模组采用封闭式护罩保护，内部是精密滚珠丝杠。方案二的XY轴运动设计的是两套外置丝杠垂直交叉配合，由于两套外置丝杠要不断运动，所以精度不及方案一。由于方案一直线模组运动精度高，可快速响应，所以选择方案一中的传动方式。综上所述，通过对比两套方案的打印精度、进料方式、三轴运动系统和传动方式，发现方案一要优于方案二。由此得出3D打印机的本体结构方案设计图（如图2-1a）所示）。所以选择方案一的挤出头平面运动，打印平台上下运动的打印机结构设计方案。关键部件设计丝杆传动设计1）丝杠传动设计选型滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。如图2-3，是滚珠丝杠原理示意图。本文选用方案一挤出头在XY平面二维运动，打印平台随Z轴上下运动。根据移动物体的重量为打印件和支撑板重量、Z轴运动速度、安装方向等，确定打印平台安装在Z轴移动部件上实现竖直方向的上下移动。Z轴移动部件是指通过滚珠丝杠实现。打印平台固定在丝杠的螺母座上。启动Z轴上的驱动86步进电机，联轴器两端连接步进电机输出轴和滚珠丝杠轴，两侧丝杠上的每个螺母座上有四个φ8mm的孔，可以固定打印平台的下端的支撑板，从而带动打印平台上下工作。321滚珠丝杠原理示意图321滚珠丝杠原理示意图41411.丝杠2.滚道3.螺母4.滚珠图2-3滚珠丝杠原理示意图Fig.2-3Schematicdiagramofballscrew表2-2丝杠选型Table2-2Screwtypeselection型号精度等级轴外径（mm）导程（mm）螺距(mm)螺纹方向3205-1500C103255R通过查阅《机械设计手册》，Z轴丝杠螺纹直径计算的最小值为30mm，故选择φ32mm的丝杠。由于打印机框架高度设计为1800mm，所以，根据计算，减去86步进电机和联轴器长度，选型长度1500mm的丝杠，故丝杠选型如表2-2所示。Z轴移动部件选型如表2-3所示。表2-3Z轴移动部件选型Table2-3Selectionofz-axismovingparts名称型号数量滚珠丝杠3205-15002方型轴承座BKBF254光轴（导向轴）30-15004直线轴承(方法兰型)LHFWS304T型导向轴支座（光轴支座）SK3082）丝杠校核计算为了确认选型的基本安全性，下面对所设计选型的丝杠进行容许轴向负载，容许转速和寿命的计算。容许轴向负载（P）（2-1）式中：P ——容许轴向负载（N）； ——负载作用点间距（mm）；E ——杨氏模量（）；I ——丝杠轴螺纹内径截面的最小惯性矩（）；d ——丝杠底径（mm）； ——由滚珠丝杠的支撑方式决定的系数，见表2-4； ——由滚珠丝杠的支撑方式决定的系数，见表2-4；Α ——安全系数=0.5。表2-4n和m系数表Table2-4TableofNandMcoefficients支撑方法nm铰支-铰支15固定-铰支210固定-固定419.9固定-自由0.251.2本文中已知丝杠轴径32mm，导程5mm，安装方法为固定-固定，m=19.9，负载作用点间距即丝杠有效行程l=1300mm，丝杠底径d=25mm，则容许轴向负载P由公式2-1计算得：N。根据本文设计的打印机丝杠轴承受打印平台的负载最大为50000N，P>50000N，故所选丝杠容许轴向负载P满足设计要求。容许转速（Nc）（2-2）式中：Nc——容许转速（r/min）；l ——支撑间距（mm）； ——安全系数，取0.8； ——比重(7.8×10-6kg/mm3）；E ——杨氏模量(2.06×105N/mm2)；g ——由滚珠丝杠的支撑方式决定的系数，见表2-5；λ ——由滚珠丝杠的支撑方式决定的系数，见表2-5。表2-5支撑方式系数Table2-5Coefficientofsupportmode支撑方法gλ铰支-铰支9.7π固定-铰支15.13.927固定-固定21.94.73固定-自由3.41.875本文中已知丝杠轴径φ32mm，导程为5mm，因为支撑方式为固定-固定，所以g取值21.9，负载作用点间距即丝杠有效行程l=1300mm，丝杠底径d=25mm则容许转速由公式2-2计算得3239.64min-1。滚珠丝杠的转速取决于必要的进给速度和滚珠丝杠的导程，且须小于容许转速。由经验可知，丝杠容许转速远远大于实际打印转速需求，所以3205丝杠满足打印机转速使用要求。寿命（Lh）（2-3）式中： ——寿命时间（小时）； ——基本动额定负载（N）； ——轴向平均负载（N）；Nm ——平均转速（）； ——运行系数，见表2-6。表2-6运行系数Table2-6Operatingfactor运行情况无冲击的静态运行正常运行伴随有冲击的运动fw1.0~1.21.2~1.51.5~2.0本文滚珠丝杠型式为SFSR3205-1500，轴向平均负载Pm取值1000N，平均转速Nm按容许转速Nc取值2600，运行系数取1.2，查得SFSR03205-1500的基本动额定负载C为18030N，则计算的寿命为21742.97小时。故该型号的滚珠丝杠的额定寿命远远满足设计要求。打印平台设计1）打印平台设计选型Z轴移动部件即打印平台是通过滚珠丝杠实现，同时滚珠丝杠左右两侧有两根φ30mm的导向光轴，导向光轴穿过打印平台支撑板的孔来间隙配合通过直线轴承来固定，4根光轴通过8个T轴导向轴支座两端固定。打印平台固定在丝杠的螺母座上。启动Z轴上的驱动86步进电机，联轴器两端连接步进电机和滚珠丝杠轴，两侧丝杠上的每个螺母座上有四个φ8的孔，可以固定打印平台的下端支撑板，从而带动打印平台上下工作。Z轴步进电机驱动滚珠丝杠支撑整个工作平台上下运动，光轴起导向支撑作用。图2-4打印平台Fig.2-4Printingplatform最下端的支撑板设计平台尺寸为：900×900×12mm。材料为Q235钢板。中间层的加热板是为了打印时首层打印可以平整打印，防止翘边，选择PCB板，PCB板是用电阻丝均匀加热[47-48]。配合亚克力玻璃板在四周使用弹簧螺钉可以手动调平。PCB加热板尺寸根据成型空间设计为680×680mm。如图2-4所示。最上端的制件接触板采用亚克力板，该板质量轻巧，表面光洁，耐高温，尺寸设计为600×600×5mm。2）打印平台的强度校核由于打印平台最下端的支撑板设计平台尺寸为：mm。且材料为Q235，假设打印机在中间部位受到挤压，所以会产生弯曲变形。（2-4）式中：Mmax——弯矩（）；F——压力（N）；L——长度（mm）。打印平台支撑板为矩形截面，其中它的抗弯截面模量可以通过下式计算：（2-5）式中：——抗弯截面模量（mm3）；b——截面宽度（mm）；h——截面高度（mm）。平台的强度计算公式为：（2-6）式中：——最大应力。本文中平台承受约5000N的压力，L长为900mm，b为900mm，h为12mm，则由公式2-4、公式2-5和公式2-6，计算可得：=52.083MPa。材料的许用应力：（2-7）式中：——许用应力；——屈服极限；——安全系数。经过计算，由于打印平台材料Q235的屈服极限是235MPa，安全系数是1.5，所以许用应力是156.7MPa，而=52.083MPa，因为，所以打印平台的支撑板符合强度设计要求。机身框架设计1）机身框架设计选型本论文框架选用优质的欧标6061-T6工业铝型材，表面平整不易腐蚀，可以组装不同的设备框架或者台罩，拆卸方便。根据前文2.1节打印机结构选择直角坐标结构，故机身框架铝型材选择8080欧标铝型材，打印机机身框架水平方向铝型材长度为1000mm，共16根；打印机机身框架竖直方向铝型材长度为1800mm，共4根；8080铝型材通过船形螺母、大圆平垫、螺栓、直角件、T字连接板和L形连接板固定连接。其建模实例如图2-5a）所示。a）铝型材框架b）打印机操作面板图2-5打印机机体重要部分Fig.2-5Importantpartsofprinterbody其中，如图2-1a)所示，打印机的机身外壳为钣金材料SECC。根据经验，此处在打印机机身框架处安装厚度为3mm的钣金外壳。红绿灯是：工作状态指示灯。如图2-5b)所示，打印机体的右侧是操作面板，主要功能是实现打印机的开关和打开打印文件和可视化打印等功能。17寸显示屏下方有7寸工控屏、开机按钮和外部USB以及SD卡接口；蓝色圆柱是键盘的抽屉拉手，打开后就有键盘。2）铝型材的校核本文设计的基于螺杆挤出原理多材料3D打印机机身框架由8080铝型材搭建而成，机身框架需承受直线模组重量、打印平台重量及挤出头和料筒重量等。为了保证打印机能够正常打印，需要对打印机机身框架型材进行校核计算。3D打印机的外部框架主要由铝型材进行连接，打印机的框架用来承受打印件和所有零部件的重量。为了保证3D打印能够正常工作，对其主要受力部件应进行相对应的强度校核，确保机器工作时能够正常稳定的运转，使之能够精准的打印出所需制件。本论文框架上横梁说明：一条欧标SC-8-8080A的铝型材，长度L=1000mm，两端固定，在其中间部位加载100公斤的载荷，校核其强度。如图2-6所示，其中负载用P表示，单位为N；型材长度用L表示，单位为mm；弹性模量E=71000；截面惯性矩I，单位为。10001000a)受力分析1b)受力分析2图2-6受力分析Fig.2-6Forceanalysis1）校核型材的抗弯强度在《机械设计手册》中查到型材集中载荷简支梁结构。其最大弯矩为：（2-10）8080铝合金6061-T6查弹性模量为E=71000，查型材技术参数表，得截面惯性矩，抗弯截面系数为。代入正应力公式（用80面作承载面）：（2-11）查表，6061-T6的屈服强度为145Mpa，除以安全系数1.5，88.85MPa≤145/1.5MPa,故此款型材用8080面作承载面能满足承载100公斤的强度。2）校核型材的刚度按最大挠度公式（用8080面作承载面）：（2-12）按公式：（2-13）故用型材8080面承载可满足刚度要求。关键部件选型直线模组选型直线模组和滚珠丝杠原理相似，都是有一个固定轨道和一个沿着轨道移动的滑块，滑块上可以固定安装其他部件，比如可以固定本文设计的挤出头组件，从而可以带动挤出头实现平面二维运动。且直线模组误差小，可以承受的负载重，精度也比较高。图2-8XY轴工字型模组Fig.2-8XYaxisI-shapedmodule本文设计的直线模组为“工”字型，如图2-8所示。它共由三根精密丝杠组成，其中，两根平行的模组长度相同，本文对两平行模组起名为Y轴，最上端横梁称呼其为X轴，X轴和Y轴合成二维平面运动。根据打印机机身框架的长和宽，可以确定线性模组X轴和Y轴长度取值分别为910mm、870mm、870mm。表2-7XY工字型模组参数Table2-7ParametersofXYaxisI-shapedmodule参数内容参数内容品牌FUYU型号FSL80有效行程910mm精度±0.05mm最大速度200mm/s最大负载40kg(水平)20kg(垂直)标配电机两相60步进电机（电机位置右置）丝杆规格G1610直线传动模组是高精密的自动化元件，异物的进入，将直接影响模组的运动精度和使用寿命。故选择的是封闭型直线模组，可以减少异物进入，对打印机在XY轴平面的运动精度起到有效保障作