6.1.3 设备结构
FDM制造系统包括硬件系统、软件系统，硬件系统主要指3D打印机本身。一台利用FDM技术的3D打印机包括工作平台、送丝装置、加热喷头、储丝设备和控制设备五大部分。下面以北京太尔时代科技有限公司UP2成型设备为例来介绍FDM快速成型系统，如图6.10所示。
图6.10 太尔时代UP2
设备的主要参数：
成型平台的尺寸：140×140×135 mm。
打印精度：0.15/0.20/0.25/0.30/0.35/0.40 mm。
打印喷头：单喷头。
喷嘴直径：0.4 mm。
（1）机械系统
UP2机械系统包括运动、喷头、成形室、材料室、控制室和电源室等单元。其机械系统采用了模块化设计，各个单元互相独立。如运动单元只完成扫描和升降的动作，而且整机的运动精度只取决于运动单元的精度，与其他单元无关。因此，每个单元可以根据其功能、需求，采用不同的设计。运动单元和喷头单元对精度的要求较高，其部件的选用及零件的加工都要特别考虑。电源室和控制室加装了屏蔽设施，具有防干扰和抗干扰的功能。
基于PC总线的运动控制卡能实现直线、圆弧插补和多轴联动。PC总线的喷头控制卡用于完成喷头出丝的控制，具有超前于滞后动作的补偿功能。喷头控制卡与运动控制卡能够协同工作，即通过运动控制卡的协同信号控制喷头的启停和转向。
制造系统配备了三套独立的温度控制器，分别检测与控制成形喷嘴、成形室的温度。为了适应控制系统长时间连续工作、高可靠性的要求，整个控制系统采用了多微处理机二级分布式集散控制结构，各个控制单元具有故障诊断和自我修复功能，从而使故障的影响局部化。由于采用了PC总线和插板式结构，因而系统具有组装灵活、扩展容量大、抗干扰能力强等优点。
该系统的关键部件采用了喷头的结构。喷头内的螺杆与送丝机构用可沿R方向旋转的同一步进电机驱动，当外部的计算机发出指令后，步进电机驱动螺杆，同时，又通过同步齿形带传动与送料辊将料丝送入成形头。在喷头中，由于电热棒的作用，丝料呈熔融状态，并在螺杆的推挤下，通过铜质喷嘴涂覆在工作台上。
（2）软件系统
软件系统包括几何建模和信息处理两部分。几何建模单元是设计人员借助于CAD软件构造产品的实体模型或者由三维测量仪（CT、MRI等）获取的数据重构产品的实体模型，最后以STL格式输出原形的几何信息。
信息处理单元由STL文件处理、工艺处理、数控、图形显示等模块组成，分别完成STL文件错误数据检验与修复、层片文件生成、填充线计算、数控代码生成和对成形机的控制。其中，工艺处理模块根据STL文件判断之间成型过程是否需要支撑，如需要则需要进行支撑结构设计与计算，并以CLI格式输出产生分层CLI文件。
（3）供料系统
UP2成形系统要求成形材料为φ1.75 mm的丝材，并且凝固收缩率较低、陡的黏度曲线和一定的强度、硬度、柔韧性。一般的塑料、蜡等热塑性材料经过适当改性后都可以使用。目前已经成功开发了多种颜色的精密铸造用蜡丝、ABS塑料丝等。