3d印表機的類型與特點（極光創新帶你感受3D印表機的結構以及類型）

2023-04-22 08:47:21

3D印表機的結構通常都是根據列印材料、列印要求而設計，但是其具體的機械結構都是有理可尋的。不同的3D列印技術都有著不同的結構，但同為增材製造都是逐層製造，所以其原理類似。對於3D印表機結構的研究不單單針對某一種列印技術，而應該是通用的結構。通過對現有的3D印表機的結構進行總結分析，有助於進一步推動3D印表機的發展。

1、3D印表機以坐標系類型分類

常見的3D印表機為了完成三維立體列印，都需要以不同的方式在三維空間中進行定點定位，這時就需要利用坐標系來實現定位。而在

笛卡爾坐標繫結構是最常見的結構，是在各種3D列印技術上都是十分普遍的結構。其優點在於結構簡單，方便製造，但其缺點也較明顯，由於採用直角坐標系，在進行弧面以及圓弧列印時，其只能通過圓弧插值的方法進行列印，就會導致列印精度較差，列印的圓弧面會有階梯狀的凸起。

常見的基於笛卡爾坐標系的3D印表機涉及X、Y、Z三個向的運動，而噴頭與列印平臺的運動方式可以歸納為3類：

（1）噴頭做X軸和Y軸方向的運動，列印平立做Z軸方向運動。該運動形式，噴頭較工作檯而言具有質量小、體積小等特點，適合

（2）噴頭做X軸（或Y軸）和Z軸方向運動，列印平立做Y軸（或X軸）方向的運動。或者噴頭獨立做X軸（或Y軸）方向運動，工作檯做Y軸（或X軸）和Z軸方向的運動。這運動形式將Z軸與X軸（或 Y軸）結合進行複合運動，具有較小的運動慣量，且列印噴頭和工作平臺所需的運動空間較小，整體結構較為簡單，廣泛應用於小型家用3D印表機結構設計。

（3）列印平臺作X軸和Y軸方向的複合運動，噴頭僅在Z軸方向獨立運動。該運動形式的印表機結構簡單緊湊，但對於Z軸運動控制精度要求較高，由列印平臺在XY平面的移動需要較大的空間，且工作檯質量較大，不能用於較快速度的列印。

極坐標繫結構則是在平面內由極點、極軸和極徑組成的坐標系，由於其原理的特殊性，所以其列印結構可以簡化，從而使其運行安靜，外形別致，把複雜機械結構完成的動作都交給軟體端來完成，儘量保持機械結構的簡單。

其優點在於可以用較小的3D印表機列印較大的物件，且可以較高精度的列印弧面，有列印速度快，穩定性好和控制簡單等；缺點就是對軟體部分要求較高，需要大量計算。

極坐標系（左）與直角坐標系（右）3D印表機

2、3D印表機以外觀結構分類

目前極光創新商用3D印表機的外觀結構主要有三角型結構、矩形杆式結構、矩形盒式結構、並聯臂結構這四類，不同的結構有著各自的特點以及使用場景，如下圖所示。

（a）為三角型結構（b）為矩形杆式結構（c）為矩形盒式結構（d）為並聯臂結構

不同外形結構的3D印表機

三角型結構是以三角形框架組成，框架呈屋頂形，外觀結構小巧，結構簡單，由於其結構優勢，列印噴頭在支架中樣沿X、Z軸運動，在Y軸方向可以伸出較遠，增加了Y軸方向的列印尺寸。而其缺點在於機體的製作精度較低，通常只能達到mm級，在列印時列印物體隨熱床在Y軸前後移動容易導致黏附不牢。

矩形杆式結構是一個立方體結構，通常由杆件與固定件搭建成框架結構，列印噴頭安裝在框架內部與工作平臺進行運動組合，完成三維立體的列印。矩形杆式結構不但能媲美盒式結構組裝精度，還同樣具有三角形結構簡單可靠的特點。但是其同樣具有列印過程抖動較大，容易產生較大的位置誤差，列印過程難以維持工作檯的水平。

矩形盒式結構是商業化最為普遍的形式，從整個3D列印的發展歷程來看，這種形式的機器也是發展較為完整的機器。整體安裝精度高，商業化的3D印表機通常都會採用這種結構。通常採用矩形盒式結構的

並聯臂結構是一種閉鏈機構，其中較為典型的並聯機構有Delta結構與Stewart結構，其中Delta結構是一種早先應用於機械臂的並聯式運動結構。其通常採用三分支並聯臂，根據各個分支在Z軸方向的運動，轉變為噴頭在三維空間的運動，從而實現三維列印。

該種結構較簡單，而且列印精度高，列印速度快，缺點就在於需要大量的計算將各個分支的Z軸運動轉變為噴頭的運動。該種結構具有優良的性能，只是對軟體要求較高，在3D印表機領域具有重要的發展前景。

極光創新來告訴你：傳統的3D印表機都是由外部框架支撐，以電機為動力源，以同步帶或者絲杆等機構進行傳動，根據實際需求選擇噴頭與列印工作檯的運動形式，從而完成立體結構的列印。常見的光固化列印技術與選擇性雷射燒結技術這類3D列印技術略有不同，其類型的3D印表機沒有噴頭，但有材料供給的機構，其機構原理類似與噴頭，都是將材料送至列印區域。

傳統的3D印表機，在日漸發展的3D列印中已經不能滿足列印需求，目前主流的3D印表機已經從之前的三自由度機構逐步向多自由度發展，3D印表機的噴頭機構也同樣在進行改變，從單口向多口發展。結構也不在局限於簡單的結構，目前已經有將5自由度的機械臂用於3D印表機，或者結合併聯結構增加工作平臺的自由度從而實現多自由的列印。