隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的人開始使用這項(xiàng)技術(shù)來制造自己所需的零件或產(chǎn)品。而步進(jìn)絲桿電機(jī)作為一種高精度、低噪聲、耐用的驅(qū)動(dòng)器件，被廣泛應(yīng)用于3D打印機(jī)的伺服系統(tǒng)中，提供精細(xì)的位置控制和運(yùn)動(dòng)控制。

一、步進(jìn)絲桿電機(jī)在3D打印機(jī)中的應(yīng)用

步進(jìn)絲桿電機(jī)通常被用于3D打印機(jī)的X、Y、Z軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制打印頭的位置和運(yùn)動(dòng)速度。其重要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)距離與脈沖數(shù)成正比，可通過控制脈沖信號(hào)的數(shù)量和頻率來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置控制和速度控制。

以FDM（熔融沉積法）式3D打印機(jī)為例，其打印過程主要包括底層板定位、熱床升溫、打印頭移動(dòng)和材料噴出等幾個(gè)步驟。其中，步進(jìn)絲桿電機(jī)起到了關(guān)鍵的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、高精度的運(yùn)動(dòng)控制和打印質(zhì)量控制。

二、具體選型過程

下面以3D打印機(jī)中的Z軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，介紹步進(jìn)絲桿電機(jī)的選型過程。

1. 確定所需的轉(zhuǎn)動(dòng)距離和速度

首先需要確定Z軸的運(yùn)動(dòng)距離和速度，以便后續(xù)計(jì)算所需要的脈沖數(shù)和頻率。

假設(shè)所需的最大運(yùn)動(dòng)距離為100mm，最大運(yùn)動(dòng)速度為10mm/s。

2. 計(jì)算所需的脈沖數(shù)和頻率

根據(jù)所需的運(yùn)動(dòng)距離和速度，可以計(jì)算出所需的脈沖數(shù)和頻率。步進(jìn)絲桿電機(jī)的運(yùn)動(dòng)距離與脈沖信號(hào)的數(shù)量和頻率成正比，因此需要根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算得出。

假設(shè)步進(jìn)絲桿電機(jī)的絲桿螺距為4mm/rev，電機(jī)主軸轉(zhuǎn)一圈為360°，控制器使用16微步分辨率，則每微步對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為：

θ = 360 / 16 / 200 = 0.01125°

每毫米的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為：

θ/mm = θ / 螺距 = 0.01125 / 4 = 0.0028125°/mm

則所需的脈沖數(shù)為：

Npulse = (所需的轉(zhuǎn)動(dòng)距離 / 每個(gè)微步對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)距離) × 16 = 100 / (0.0028125 × 16) = 2232

所需的最大控制頻率為：

Fmax = 所需的最大速度 / （每個(gè)微步對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)距離 × 每秒鐘的微步數(shù)）= 10 / （0.0028125 × 16 × 200）= 0.022Hz

3. 選擇合適的步進(jìn)絲桿電機(jī)

根據(jù)所需的脈沖數(shù)和頻率，可以選擇合適的步進(jìn)絲桿電機(jī)。一般來說，需要選擇額定轉(zhuǎn)矩較大、精度高、噪聲低、穩(wěn)定性好的電機(jī)。

在這里，我們選擇一款額定轉(zhuǎn)矩為1N·m，步距角為1.8°的步進(jìn)絲桿電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器。

4. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

最后，需要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制器來控制步進(jìn)絲桿電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。這包括驅(qū)動(dòng)電路、運(yùn)動(dòng)控制算法等方面的設(shè)計(jì)。

在3D打印機(jī)中，有些會(huì)采用基于Arduino的控制板，通過開源軟件Marlin實(shí)現(xiàn)步進(jìn)絲桿電機(jī)的位置控制和速度控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用立成機(jī)電自主研發(fā)的高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

總之，立成機(jī)電步進(jìn)絲桿電機(jī)在3D打印機(jī)中的應(yīng)用具有廣泛的前景和發(fā)展空間，可以通過合適的選型和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的設(shè)備控制。

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