可打印高温材料的3D打印机控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种3D打印机，尤其涉及一种基于高温熔融堆积的快速成型3D打印机。

背景技术：

3D打印机是一种精密的机电一体化设备，一般由设置在机架上的X轴、Y轴和Z轴三个轴组成，X轴和Y轴设在一个垂直于Z轴的XY运动平面内，统称为XY轴；3D打印头组件设置在X轴上，即X轴与Y轴一上一下纵横交错形成一个十字交叉从3D打印头组件中穿过，X轴、Y轴和Z轴之间相互独立运动，通过打印平台来调节他们之间的间距，实现3D打印机的立体打印工作。常见的3D打印机的XY轴机构普遍存在以下的缺陷：XY轴机械结构复杂，定位精度稳定性差，造成机械阻力大，机械振动大，3D打印头安装和拆卸比较困难。

为克服上述缺陷，申请人申请了一件FDM类3D打印机，专利号为“2016204199697”、名称为“一种3D打印头的新型XY轴机构”的实用新型专利，其主要技术方案是：X轴和Y轴为轴承钢制成的方轨，对应于X轴和Y轴，滑座上设有纵横交错设置的滑动块，滑动块匹配地套接在方轨上，使用时，3D打印头组件设有滑座上。方轨侧面设有燕尾滑槽，滑动块由下往上通过滑槽套接在方轨上，燕尾滑槽的底部设有方形油槽。此外，X轴和Y轴的两端设有滑块和驱动滑块作直线运动的驱动装置。这种结构虽然结构简单、紧凑、科学，设计合理、流畅，容易制造；提高了XY轴的运动精度；减少了机械阻力，降低了机械振动；3D打印头更容易安装和拆卸；安装调测更方便、快捷，适用于高速度的大中型3D打印机。但是当用在大型3D打印机时也存在一些缺陷，由于3D打印机体积较大，3D打印头组件设有滑座上，工作时，X轴和Y轴的作用力同时作用在滑座上，当打印头在中间位置移动的时候，由于滑座双向交叉受力，摩擦力较大，导致磨损大，使用时间长了，而且很难保证它的运动精度，不可避免地影响打印的精度。而且，目前FDM类3D打印机整体结构以开放式的机架居多，导致3D打印头的加热部件散热过快，增加了能量的损耗，不利于节能环保。

目前FDM类3D打印机整体结构以开放式的机架居多，3D打印机控制系统也仅限于控制X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、挤料机构和3D打印头组件之间协调工作，而对环境温度控制方面出现技术上的空白。机架开放式的3D打印机打印时的工作温度由于受机架结构的限制，一般控制在250摄氏度以下，为了确保长期稳定打印质量，只能使用打印融熔温度低于230摄氏度的打印材料。即其存在如下的缺陷：对于打印温度要求较高、对打印环境有严格要求的材料则无法满足打印条件，如碳纤维、PEEK等打印材料。

另外，由于打印环境温度取决于室内环境温度。这种结构相对简单实用，但也存在一些无法克服的结构缺陷，对打印材料的通用性能差，由于环境温度的波动，打印成型不够稳定，特别是一些特殊的打印材料对打印环境有一定的要求，打印环境温度太低，而打印成型的温度高达几百摄氏度，在如些高温差作用下，热胀冷缩产生的应力会出现翘边层裂等质量问题，有的甚至无法正常打印成型，如ABS、尼龙等打印材料。

技术实现要素：

为解决现有3D打印机存在的上述缺陷，本实用新型提供一种的性能更为优异的可打印高温材料的3D打印机控制系统，其方案如下：

一种可打印高温材料的3D打印机控制系统，其特征是，包括硬件系统，硬件系统包括辅助机构、3D打印执行机构和控制电路；

其中，辅助机构包括：

机箱，具有封闭的箱体，箱体内壁设有保温隔热材料；箱体正面设有可开闭的对开门，对开门的门扇上设有透明观察窗；箱体顶部设有天窗和旋转开闭的窗盖，窗盖也设有透明观察窗，机箱侧面设置有隔热控制室；隔热控制室内设有电控室、温控室和料仓，温控室设有隔热控制室的下部；电控室外设有盖板，盖板上设有通风散热条孔；料仓内设有安装打印材料卷筒的挂料轴，料仓外设有仓门；控制器，包括前述硬件系统的控制电路，设置在电控室内部，用于可打印高温材料的3D打印机控制系统的工作控制；电控室顶部设有触摸屏，触摸屏两侧设有操作旋钮和SD卡插槽，箱体顶部前侧设有倾斜过渡面；触摸屏、操作旋钮和SD卡插槽从倾斜过渡面露出；

打印预热组件，设置在温控室内，用于在封闭的机箱产生恒定的高温环境打印温度，打印预热组件包括防护罩、横流风扇、内部环境加热器和内部环境测温装置；内部环境测温装置设置在机箱内部，内部环境加热器设置在机箱底部右侧，横流风扇设置在防护罩上；内部环境加热器为PTC陶瓷加热器；机箱底部设有进风排孔；

其中，3D打印执行机构包括：

XY平面运动机构，横跨设置在机箱内部的顶部，用于驱动3D打印头组件产生水平任意方向的移动；XY平面运动机构包括平面安装框架、X轴运动机构和Y轴运动机构，X轴运动机构架设在Y轴运动机构上、并受Y轴运动机构驱动其作Y轴方向的直线运动；其中，平面安装框架的上部四角处均设有轴承座；

Y轴运动机构包括Y轴驱动装置、2组Y轴滑轨组件、主动传动杆、从动传动杆、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件，每组Y轴同步带组件包括Y轴同步带、Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮，Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮通过Y轴同步带联动；2组同步带组件的Y轴主动同步轮设于Y轴主动传动杆的两端，2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆的两端；Y轴驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴驱动同步带和Y轴驱动同步轮，Y轴步进电机和Y轴驱动同步轮之间Y轴驱动同步带传动联接，Y轴步进电机设置在平面安装框架内侧，Y轴驱动同步轮套设在主动传动杆上；主动传动杆和从动传动杆的两头均可转动地设在轴承座上；2组Y轴滑轨组件对称地设置在平面安装框架2条相对的边框上，1组Y轴滑轨组件分别对应1组Y轴同步带组件，每组Y轴滑轨组件包括Y轴导轨和Y轴滑块，Y轴导轨固定在Y轴同步带下方的平面安装框架的边框上，Y轴滑块下部可滑动地设在Y轴导轨上，Y轴滑块上部固定在Y轴同步带；平面安装框架的边框上设有2个Y轴限位开关，2个Y轴限位开关分布在其中1组Y轴滑轨组件的Y轴导轨的两端外侧，2个Y轴限位开关受Y轴滑块到达极限位置触发；

X轴运动机构包括X轴步进电机、X轴工字形方轨、X轴滑块和X轴同步带组件，X轴同步带组件包括X轴同步带、X轴主动同步轮和X轴从动同步轮，X轴主动同步轮和X轴从动同步轮通过X轴同步带联动；X轴工字形方轨两端跨接固定在Y轴滑轨组件的Y轴滑块上，X轴滑块下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨上，X轴滑块上部固定在X轴同步带上，X轴主动同步轮设置在X轴步进电机设置的输出轴上，X轴步进电机设置在其中一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上，X轴从动同步轮设置在另一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上；Y轴滑块上设有X轴限位开关， X轴限位开关设置在在X轴工字形方轨的两端， X轴限位开关受X轴滑块到达极限位置触发；

Z轴运动机构，纵向设置在机箱内部，用于驱动3D打印载体产生垂直方向的移动，Z轴运动机构包括作为3D打印载体的打印平台、托架和2组联动的升降机构，2组升降机构对称设置在机箱内部；升降机构包括丝杆、丝杆螺母、Z轴步进电机、导轴、上梁、升降梁和下梁；导轴两端分别固定在上梁和下梁上，丝杆螺母设于升降梁上，丝杆两端设有轴承，丝杆两端通过轴承与导轴平行地设置在上梁和下梁上；升降梁设有套在导轴上的Z轴升降直线轴承；托架水平地架设有在2组升降机构的升降梁上，打印平台设在托架上；Z轴步进电机设于下梁下方，Z轴步进电机的驱动轴从下梁处向上伸出并通过连轴器与丝杆连接；上梁底部设有Z轴限位开关，Z轴限位开关受升降梁到达极限位置触发；打印平台背部设有平台加热板和打印平台测温装置；

挤料机构，设置在X轴滑块的顶部，用于将打印线材输送到3D打印头内，挤料机构包括挤料座、挤料步进电机和挤料头、挤料盖；挤料盖可拆卸地设在挤料头前侧，挤料步进电机设于挤料座一侧，挤料头竖直设置在挤料座前侧；挤料头内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道，挤料头内部设有挤料腔，纵向送料通道从挤料腔中向下穿过，挤料腔内设有压紧装置、以及可相对滚动的送料轮和轴承滚轮，送料轮和轴承滚轮相对分布在纵向送料通道的左右两侧，挤料步进电机的输出轴伸进送料轮所在的挤料腔，送料轮套在挤料步进电机的输出轴上，轴承滚轮设置在压紧装置上，送料轮和轴承滚轮之间形成一个与纵向送料通道相通的送料过道；压紧装置包括压紧拐臂、调节臂和调节螺丝；压紧拐臂的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧，轴承滚轮可转动地设置在压紧拐臂上翘的上拐臂侧面，调节臂压在压紧拐臂平放的下拐臂上；挤料头内部左侧设有供调节臂上下升降活动的调节槽，在调节槽上方设有限定调节螺丝活动空间的T形槽，调节螺丝通过螺纹设置调节臂的上部，T形槽上方设有供调整工具介入的调节孔；调节槽上部侧面设有观察窗，调节臂的上部侧面设有伸进到观察窗的位置指标臂；

3D打印头，衔接在X轴滑块底部，用于将打印线材融熔后进行增材打印在3D打印载体上，打印头包括喉管，将打印材料融熔并挤出的融熔喷头，以及对融熔喷头进行加热的铝块；喉管上端固定在X轴滑块底部，融熔喷头设置在喉管下端，融熔喷头通过喉管与挤料机构的出料口连通；铝块套在喉管和融熔喷头上，将喉管和融熔喷头连接在一起；融熔喷头固定在导料管下端，导料管上端固定在X轴滑块上并与挤料机构的出料口相通；铝块内埋设有喷头加热器和热电偶；融熔喷头上部为安装部，融熔喷头下部设有圆锥结构的喷嘴，喷嘴内部设有一个倒圆台形结构的熔腔，熔腔下方设有延伸到喷嘴外的喷孔；

X轴滑块内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔，纵向穿线孔上部和纵向送料通道下部之间设有导料管；X轴滑块的侧面设有模型散热蜗扇，模型散热蜗扇下方衔接有风口对着喷嘴的导风配件；挤料座侧面设有挤料散热风扇；

其中，控制电路包括以下电路：

主控单元电路，用于装载控制程序，接收各种传感器的信号和参数，以及输出控制各执行单元动作的控制信号；主控单元电路包括主控MCU、以及与主控MCU连接的主控运行外围电路；主控运行电路包括时钟电路和复位电路；

电源模块电路，用于为整体系统提供电源，包括5V电源和24V电源；

控制信号输入电路，用于获取限位开关的位置信号和控制信号，包括均与主控MCU的输入端连接的旋钮检测电路、以及前述的X轴限位开关、Y轴限位开关、以及Z轴限位开关；

喷头加热控制电路，用于控制3D打印头的融熔喷头的温度控制，包括与主控MCU的输出端连接的喷头加热驱动电路，以及与主控MCU的输入端连接的喷头测温电路；喷头测温电路与前述的热电偶连接，将融熔喷头的温度参数反馈回主控MCU；喷头加热驱动电路与前述的喷头加热器连接；

打印平台加热控制电路，用于打印平台的独立温度控制，包括包括与主控MCU的输出端连接的打印平台加热板电路，以及与主控MCU的输入端连接的打印平台测温电路，打印平台测温电路将打印平台的温度参数反馈回主控MCU；

内部环境温控电路，用于机箱内部环境温度的控制，包括均与主控MCU的输出端连接的固态继电器，固态继电器作为驱动器与前述的内部环境加热器连接；前述的内部环境测温装置与主控MCU的输入端连接，将机箱内部环境温度参数反馈回主控MCU；

通讯电路，用于3D打印数据的和远程控制信号的连接，包括均与主控MCU的相应通讯功能接口连接的USB通讯、以及wifi模块电路；

储存电路，用于3D打印数据和打印状态数据的储存，包括均与主控MCU的连接的FLASH存储器模块、SD卡读卡模块；

报警电路，用于异常时发出报警信号，包括均与主控MCU的输出端连接的蜂鸣器或LED；

LCD显示驱动电路，用于信息显示，分别与触摸屏主控MCU的输出端和连接；

X轴步进电机驱动单元电路，由主控MCU控制，用于驱动X轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和X轴步进电机连接；

Y轴步进电机驱动单元电路，由主控MCU控制，用于驱动Y轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和Y轴步进电机连接；

Z轴步进电机驱动单元电路，由主控MCU控制，用于驱动Z轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和Z轴步进电机连接；

挤料步进电机驱动单元电路，由主控MCU控制，用于驱动挤料轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和挤料步进电机连接；

风扇驱动单元电路，由主控MCU控制，用于驱动模型散热蜗扇和挤料散热风扇工作，分别与主控MCU的输出端和模型散热蜗扇、挤料散热风扇连接。

作为上述方案的改进和说明，前述窗盖后部铰接在箱体顶部，窗盖在铰接处附近的内侧两边均衔接有旋转孔；天窗中部设有气缸和气弹簧，气缸和气弹簧一左一右分开铰接在天窗内侧两边，气缸和气弹簧的工作端均设有弯折的支撑转轴，气缸和气弹簧通过支撑转轴和窗盖的旋转孔与窗盖连接。

作为上述方案的改进和说明，前述对开门的门扇上部和/或下部边缘处设有门扣，机箱内设有与门扣匹配的门夹扣；对开门的门扇边缘处设有拉手安装孔，拉手安装孔内设有隐藏式旋转拉手；隐藏式旋转拉手包括把手面板座、安装柱、拉手转轴和旋转拉手；旋转拉手包括宽度相同的扁拉条和圆弧拉手，圆弧拉手衔接于扁拉条的两端形成一个弓形结构；面板上设有长宽和扁拉条长宽匹配的长方槽，扁拉条中部通过拉手转轴可旋转设置于该长方槽内部中部；面板背部在长方槽两侧设有嵌入式安装部；安装柱为两个，分别分布设置在面板的后侧的两端，位于嵌入式安装部的上下两侧。

作为上述方案的改进和说明，前述隔热控制室在料仓对应顶部设有打印耗材观察窗；机箱在窗盖闭合处衔接有密封边，窗盖边缘设有与密封边匹配的密封条。

作为上述方案的改进和说明，前述导料管下部至熔腔上部之间设有铁氟龙管，其内径与导料管匹配相同。

作为上述方案的说明，通过控制电路实现内部环境加热器、喷头加热器、平台加热板的控制，克服现有3D打印机存在的缺陷。其中，打印预热组件为机箱内部提供高温打印环境温度，可以按打印材料要求设置合适的恒定机箱内部温度，如为机箱内部提供环境温度进行加热到高于环境温度后保持恒温，缩小打印成型温度和打印环境温度之间的温差，热胀冷缩产生的应力相应也减小了，提高了打印成型的产品质量，有效地克服翘边、层裂等质量问题，即恒定的较高的环境温度减少了打印后的3D产品的变形。XY轴运动机构结构紧凑、科学，磨损小，寿命长。Z轴运动机构整体结构紧凑、科学，Z轴运动步长精度高。横流风扇让预加热器件产生的热量更快地均匀分布到机箱各个角落。温度较高的打印喷头与温度较低的X轴滑块之间隔热效果好，有效地降低了打印喷头的热量损耗，有利于节能环保。XY平面运动机构的X轴运动机构和Y轴运动机构由以前的“十”字形结构，转为“H”形结构，作为3D打印头载体的X轴滑块在XY平面上运动时，只受X轴方向滑动的作用力，Y轴方向的移动转嫁到X轴运动机构上，即X轴运动机构搭载X轴滑块在Y轴运动机构作Y轴方向的运动，X轴滑块不会同时受X轴和Y轴两个方向的力而导致磨损过大，而影响使用寿命，增加维护工作量。Y轴运动机构使用双侧同步带及双传动杆，保证运动稳定性。由控制器控制X轴运动机构和Y轴运动机构的联动，实现了挤料机构和3D打印头在XY平面内任意位置的移动，减少了机械阻力，降低了机械振动；3D打印头更容易安装和拆卸；安装调测更方便、快捷，适用于高速度的大中型3D打印机；挤料机构的压紧装置，可以对不同直径的打印材料进行适配，兼容性好。窗盖顶部设有透明观察窗，方便直接观察打印耗材使用情况。模型散热蜗扇与导风配件形成定向冷却，将打印喷头挤出的融熔的打印材料快速降温成型，有利于提高打印精度，避免因材料的在融熔状态下产生小变形，影响打印效果。

由上可知，本实用新型具有如下的优点：结构简单、紧凑、科学，设计合理，容易制造；机箱封闭有利于机箱温度的保持，降低了对融熔喷头进行加热的铝块的能量损耗；采用科学的控制电路，有利于对打印高温材料进行预热，实现3D打印头快速加热，同时打印工作温度大幅提高至450摄氏度，成功解决了打印高温材料的技术问题，打印时机箱内部空间环境温度可预加热至100摄氏度，实现了高温材料的稳定成型。近距离送料，送料更精准；挤料机构的压紧装置，可以对不同直径的打印材料进行适配，兼容性好；搭载的X轴滑块仅受X轴方向的力，磨损小，使用寿命长，维护工作量小，3D打印头运动流畅，打印出丝均匀顺畅准确，打印效果更佳；适用于高速度的大中型3D打印机。

附图说明

图1为本实用新型实施的立体图。

图2为图1的门盖打开状态图。

图3为图1的内部结构图。

图4为图3的主视图。

图5为图3的俯视图。

图6为XY平面运动机构的结构图。

图7为图6的俯视图。

图8为3D打印头、X轴滑块和挤料机构安装状态的的立体图。

图9为图8的主视图。

图10为图9的A-A向剖视图。

图11为隐藏式旋转拉手的立体结构图。

图12为本实用新型实施的电路框图。

图13为主控制程序的流程图。

图14为温度管理模块的流程图。

图15为温度控制中断服务程序的流程图。

部分附图标号说明：1-机箱， 2-触摸屏，3- XY平面运动机构，4-Z轴运动机构，5-挤料机构，6-3D打印头，7-操作旋钮，8-控制器，9-SD卡插槽； 10-天窗，11-窗盖， 12-对开门，13-透明观察窗，14-隔热控制室，15-电控室，16-盖板，17-温控室， 18-料仓， 19-仓门，1a-通风散热条孔，1b-气缸，1c-气弹簧，1d-支撑转轴，1e-打印耗材观察窗，1f-挂料轴，1g-打印材料卷筒，1h-门夹扣，1i-门扣，1j-密封边，1k-密封条，1m-拉手安装孔，1n-隐藏式旋转拉手，1o-把手面板座，1p-安装柱，1q-拉手转轴，1r-旋转拉手，1s-扁拉条，1t-圆弧拉手，1u-长方槽，1v-嵌入式安装部；30-平面安装框架， 31- X轴运动机构，32-Y轴运动机构，33-轴承座；310- X轴步进电机，311- X轴工字形方轨，312- X轴滑块， 313 - X轴同步带组件， 314-X轴同步带， 315-X轴主动同步轮， 316-X轴从动同步轮， 317-纵向穿线孔， 318-X轴限位开关；320-Y轴驱动装置，321-主动传动杆，322-从动传动杆， 323 - Y轴同步带组件， 324-Y轴同步带， 325-Y轴主动同步轮， 326-Y轴从动同步轮， 327-Y轴步进电机， 328- Y轴驱动同步带， 329-Y轴驱动同步轮， 330-Y轴滑轨组件， 331-Y轴导轨， 332-Y轴滑块， 333-Y轴限位开关；40-升降机构，41-丝杆， 42-丝杆螺母，43-导轴，44-Z轴升降直线轴承，45-上梁， 46-升降梁，47-下梁，48-托架， 49-打印平台， 4a-Z轴步进电机， 4b-平台加热板， 4c-打印平台测温装置， 4d- Z轴限位开关；50-挤料座，51-挤料头52-挤料步进电机，53-纵向送料通道，54-输出轴，55-送料轮，56-轴承滚轮， 57-挤料盖， 58-送料过道， 59-挤料腔， 510-挤料散热风扇，511-压紧装置，512-调节臂，513-调节螺丝，514-调节槽，515-T形槽，516-调节孔，517-观察窗，518-位置指标臂，519-导料管，520-压紧拐臂；60-融熔喷头，61-喉管， 62-铝块， 64-喷嘴，65-熔腔，66-喷孔，67-铁氟龙管， 68-喷头加热器， 69-热电偶；71-横流风扇， 72-内部环境加热器，73-内部环境测温装置， 74-防护罩， 75-进风排孔；98-模型散热蜗扇，99-导风配件。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明。

参见图1 ~图15，一种可打印高温材料的3D打印机控制系统，其特征是，包括硬件系统和软件系统，软件系统包括控制程序，硬件系统包括辅助机构、3D打印执行机构和控制电路；

其中，辅助机构包括：

机箱1，具有封闭的箱体，箱体内壁设有保温隔热材料；箱体正面设有可开闭的对开门12，对开门12的门扇上设有透明观察窗13；箱体顶部设有天窗和旋转开闭的窗盖11，窗盖11也设有透明观察窗13，机箱1侧面设置有隔热控制室14；隔热控制室14内设有电控室15、温控室17和料仓18，温控室17设有隔热控制室14的下部；电控室15外设有盖板16，盖板16上设有通风散热条孔1a；料仓18内设有安装打印材料卷筒1g的挂料轴1f，料仓18外设有仓门19；控制器8，设置在电控室15内部，用于3D打印机的工作控制； X轴滑块312的侧面设有模型散热蜗扇98，模型散热蜗扇98下方衔接有风口对着喷嘴64的导风配件99；挤料座50侧面设有挤料散热风扇510；电控室15顶部设有触摸屏2，触摸屏2两侧设有操作旋钮7和SD卡插槽9，箱体顶部前侧设有倾斜过渡面；触摸屏2、操作旋钮7和SD卡插槽9从倾斜过渡面露出；

打印预热组件7，设置在温控室17内，用于在封闭的机箱1产生恒定的高温环境打印温度，打印预热组件7包括防护罩74、横流风扇71、内部环境加热器72和内部环境测温装置73；内部环境测温装置73设置在机箱1内部，内部环境加热器72设置在机箱1底部右侧，横流风扇71设置在防护罩74上；内部环境加热器72为PTC陶瓷加热器；机箱1底部设有进风排孔75；

其中，3D打印执行机构包括：

参见图2 ~图6，XY平面运动机构3，横跨设置在机箱1内部的顶部，用于驱动3D打印头6组件产生水平任意方向的移动；XY平面运动机构3包括平面安装框架30、X轴运动机构31和Y轴运动机构32，X轴运动机构31架设在Y轴运动机构32上、并受Y轴运动机构32驱动其作Y轴方向的直线运动；其中，平面安装框架30的上部四角处均设有轴承座33；

参见图3 ~图6，Y轴运动机构32包括Y轴驱动装置320、2组Y轴滑轨组件330、主动传动杆321、从动传动杆322、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件323，每组Y轴同步带组件323包括Y轴同步带324、Y轴主动同步轮325和Y轴从动同步轮326，Y轴主动同步轮325和Y轴从动同步轮326通过Y轴同步带324联动；2组同步带组件的Y轴主动同步轮325设于Y轴主动传动杆321的两端，2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆322的两端；Y轴驱动装置320包括Y轴步进电机327、Y轴驱动同步带328和Y轴驱动同步轮329，Y轴步进电机327和Y轴驱动同步轮329之间Y轴驱动同步带328传动联接，Y轴步进电机327设置在平面安装框架30内侧，Y轴驱动同步轮329套设在主动传动杆321上；主动传动杆321和从动传动杆322的两头均可转动地设在轴承座33上；2组Y轴滑轨组件330对称地设置在平面安装框架302条相对的边框上，1组Y轴滑轨组件330分别对应1组Y轴同步带组件323，每组Y轴滑轨组件330包括Y轴导轨331和Y轴滑块332，Y轴导轨331固定在Y轴同步带324下方的平面安装框架30的边框上，Y轴滑块332下部可滑动地设在Y轴导轨331上，Y轴滑块332上部固定在Y轴同步带324；平面安装框架30的边框上设有2个Y轴限位开关333，2个Y轴限位开关333分布在其中1组Y轴滑轨组件330的Y轴导轨331的两端外侧，2个Y轴限位开关333受Y轴滑块332到达极限位置触发；

参见图3 ~图6，X轴运动机构31包括X轴步进电机310、X轴工字形方轨311、X轴滑块312和X轴同步带组件313，X轴同步带组件313包括X轴同步带314、X轴主动同步轮315和X轴从动同步轮316，X轴主动同步轮315和X轴从动同步轮316通过X轴同步带314联动；X轴工字形方轨311两端跨接固定在Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上，X轴滑块312下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨311上，X轴滑块312上部固定在X轴同步带314上，X轴主动同步轮315设置在X轴步进电机310设置的输出轴54上，X轴步进电机310设置在其中一组Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上，X轴从动同步轮316设置在另一组Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上；Y轴滑块332上设有X轴限位开关318， X轴限位开关318设置在在X轴工字形方轨311的两端， X轴限位开关318受X轴滑块312到达极限位置触发；

参见图3，Z轴运动机构4，纵向设置在机箱1内部，用于驱动3D打印载体产生垂直方向的移动，Z轴运动机构4包括作为3D打印载体的打印平台49、托架48和2组联动的升降机构40，2组升降机构40对称设置在机箱1内部；升降机构40包括丝杆41、丝杆螺母42、Z轴步进电机4A、导轴43、上梁45、升降梁46和下梁47；导轴43两端分别固定在上梁45和下梁47上，丝杆螺母42设于升降梁46上，丝杆41两端设有轴承，丝杆41两端通过轴承与导轴43平行地设置在上梁45和下梁47上；升降梁46设有套在导轴43上的Z轴升降直线轴承44；托架48水平地架设有在2组升降机构40的升降梁46上，打印平台49设在托架48上；Z轴步进电机4A设于下梁47下方，Z轴步进电机4A的驱动轴从下梁47处向上伸出并通过连轴器与丝杆41连接；上梁45底部设有Z轴限位开关4d，Z轴限位开关4d受升降梁46到达极限位置触发；打印平台49背部设有平台加热板4b和打印平台测温装置4c；参见图8 ~图10，挤料机构5，设置在X轴滑块312的顶部，用于将打印线材输送到3D打印头6内，挤料机构5包括挤料座50、挤料步进电机52和挤料头51、挤料盖57；挤料盖57可拆卸地设在挤料头51前侧，挤料步进电机52设于挤料座50一侧，挤料头51竖直设置在挤料座50前侧；挤料头51内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道53，挤料头51内部设有挤料腔59，纵向送料通道53从挤料腔59中向下穿过，挤料腔59内设有压紧装置511、以及可相对滚动的送料轮55和轴承滚轮56，送料轮55和轴承滚轮56相对分布在纵向送料通道53的左右两侧，挤料步进电机52的输出轴54伸进送料轮55所在的挤料腔59，送料轮55套在挤料步进电机52的输出轴54上，轴承滚轮56设置在压紧装置511上，送料轮55和轴承滚轮56之间形成一个与纵向送料通道53相通的送料过道58；压紧装置511包括压紧拐臂520、调节臂512和调节螺丝513；压紧拐臂520的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧，轴承滚轮56可转动地设置在压紧拐臂520上翘的上拐臂侧面，调节臂512压在压紧拐臂520平放的下拐臂上；挤料头51内部左侧设有供调节臂512上下升降活动的调节槽514，在调节槽514上方设有限定调节螺丝513活动空间的T形槽515，调节螺丝513通过螺纹设置调节臂512的上部，T形槽515上方设有供调整工具介入的调节孔516；调节槽514上部侧面设有观察窗517，调节臂512的上部侧面设有伸进到观察窗517的位置指标臂518；

参见图10，3D打印头6，衔接在X轴滑块312底部，用于将打印线材融熔后进行增材打印在3D打印载体上，打印头包括喉管61，将打印材料融熔并挤出的融熔喷头60，以及对融熔喷头60进行加热的铝块62；喉管61上端固定在X轴滑块312底部，融熔喷头60设置在喉管61下端，融熔喷头60通过喉管61与挤料机构5的出料口连通；铝块62套在喉管61和融熔喷头60上，将喉管61和融熔喷头60连接在一起；融熔喷头60固定在导料管519下端，导料管519上端固定在X轴滑块312上并与挤料机构5的出料口相通；铝块62内埋设有喷头加热器68和热电偶69；融熔喷头60上部为安装部，融熔喷头60下部设有圆锥结构的喷嘴64，喷嘴64内部设有一个倒圆台形结构的熔腔65，熔腔65下方设有延伸到喷嘴64外的喷孔66；

X轴滑块312内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔317，纵向穿线孔317上部和纵向送料通道53下部之间设有导料管519；

其中，控制电路包括以下电路：

主控单元电路U1，用于装载控制程序，接收各种传感器的信号和参数，以及输出控制各执行单元动作的控制信号；主控单元电路U1包括主控MCU、以及与主控MCU连接的主控运行外围电路；主控运行电路包括时钟电路和复位电路；

电源模块电路U2，用于为整体系统提供电源，包括5V电源和24V电源；

控制信号输入电路U3，用于获取限位开关的位置信号和控制信号，包括均与主控MCU的输入端连接的旋钮检测电路、以及前述的X轴限位开关218、Y轴限位开关333、以及Z轴限位开关4d；

喷头加热控制电路U4，用于控制3D打印头的融熔喷头60的温度控制，包括与主控MCU的输出端连接的喷头加热驱动电路，以及与主控MCU的输入端连接的喷头测温电路；喷头测温电路与前述的热电偶69连接，将融熔喷头60的温度参数反馈回主控MCU；喷头加热驱动电路与前述的喷头加热器68连接；

打印平台加热控制电路U5，用于打印平台49的独立温度控制，包括包括与主控MCU的输出端连接的打印平台加热板电路，以及与主控MCU的输入端连接的打印平台测温电路，打印平台测温电路将打印平台49的温度参数反馈回主控MCU；

内部环境温控电路U6，用于机箱内部环境温度的控制，包括均与主控MCU的输出端连接的固态继电器，固态继电器作为驱动器与前述的内部环境加热器72连接；前述的内部环境测温装置与主控MCU的输入端连接，将机箱内部环境温度参数反馈回主控MCU；

通讯电路U7，用于3D打印数据的和远程控制信号的连接，包括均与主控MCU的相应通讯功能接口连接的USB通讯、以及wifi模块电路；

储存电路U8，用于3D打印数据和打印状态数据的储存，包括均与主控MCU的连接的FLASH存储器模块、SD卡读卡模块；

报警电路U9，用于异常时发出报警信号，包括均与主控MCU的输出端连接的蜂鸣器或LED；

LCD显示驱动电路U10，用于信息显示，分别与触摸屏主控MCU的输出端和连接；

X轴步进电机驱动单元电路U11，由主控MCU控制，用于驱动X轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和X轴步进电机连接；

Y轴步进电机驱动单元电路U12，由主控MCU控制，用于驱动Y轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和Y轴步进电机连接；

Z轴步进电机驱动单元电路U13，由主控MCU控制，用于驱动Z轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和Z轴步进电机连接；

挤料步进电机驱动单元电路U14，由主控MCU控制，用于驱动挤料轴步进电机工作，分别与主控MCU的输出端和挤料步进电机连接；

风扇驱动单元电路U15，由主控MCU控制，用于驱动模型散热蜗扇98和挤料散热风扇510工作，分别与主控MCU的输出端和模型散热蜗扇98、挤料散热风扇510连接；

其中，控制程序包括以下步骤：

在步骤S101中，系统初始化：系统上电后，对系统中的各个单元进行初始化；

在步骤S102中，主循环：系统上电初始化后，程序从此处开始运行；

在步骤S103中，指令队列是否有空间：指令队列是否有空间进行检查，如果有空间则进入步骤S104，若没有空间则进入步骤S105；

在步骤S104中，注入指令：指令队列有空间，则在该空间注入指令；

在步骤S105中，处理指令：注入指令后接着处理指令；

在步骤S106中，修整指令数据：对读取到的指令数据进行格式修正，删除无效数据；

在步骤S107中，将指令存入队列：将修正完成的最新指令加入指令队列；

在步骤S108中，指令队列有否G\M代码：判断指令队列有G代码或M代码，如果有G代码或M代码则进入步骤S109，如果没有G代码或M代码则进入步骤S111；

在步骤S109中，解析G\M代码创建动态指针列表并指向代码：若指令队列有G代码或M代码，则对G代码或M代码进行解析，并创建动态指针队列并指向相应的代码；

在步骤S110中，G\M代码执行根据指针索引执行指令：G代码或M代码执行根据指针索引执行指令所对应的功能；

在步骤S111中，主指令队列有指令否：判断主指令队列是否有指令，如果主指令队列中有主指令队列有指令则进入步骤S112，如果主指令队列中没有指令则进入步骤S113；

在步骤S112中，总指令计数器-1读指针+1：若主指令队列中有主指令队列有指令，则总指令计数器-1、读指针位置+1；

在步骤S113中，温度管理程序：然后进入温度管理程序，对各温度指标进行调度；

在步骤S114中，限位触发检测：对X轴限位开关、Y轴限位开关、以及Z轴限位开关的状态进行检测，根据检测结果则进入相应的处理程序；

在步骤S115中，触摸屏按键检测：对触摸屏进行按键检测，根据检测结果则进入相应的处理程序；

在步骤S116中，屏幕显示更新：对触摸屏的屏幕显示进行显示数据更新，然后返回到步骤S102中，进行下一次的程序循环；

在步骤S113中，进入温度管理程序后，温度管理程序包括以下步骤：

在步骤S201中，温度管理模块入口：进入温度管理模式；

在步骤S202中，温度管理模块：对内部环境加热器72、喷头加热器68、平台加热板4b进行温度监控；

在步骤S203中，是否完成温度传感器值读取：如果完成温度传感器数值的读取则进入步骤S204，若没有完成温度传感器数值的读取则返回步骤S201；

在步骤S204中，温度传感器值转换：完成温度传感器数值的读取后，发出数值转换指令；

在步骤S205中，模拟电压转为数字温度：将温度传感器数值进行A/D转换，即将温度传感器产生的模拟电压信号转为逻辑数字温度；

在步骤S206中，温控PID参数调整：根据获得的温度传感器数字温度，对控制目标内部环境加热器72、喷头加热器68、平台加热板4b进行PID参数调整；

在步骤S207中，LCD显示刷新：刷新各数字温度在LCD的显示；然后返回到步骤S201中，进行下一次的程序循环；

在步骤S202中，进入温度管理模块后，温度管理模块包括以下步骤：

在步骤S301中，温度控制中断服务程序：通过中断服务来进入温度管理；

在步骤S302中，清除中断标志：进入温度控制中断服务程序后，清除中断标志；

在步骤S303中，PWM加热控制：分别输出相应的脉宽调制信号，根据温控PID参数以PWM方式实时调整，加热功率0%~~100%，对内部环境加热器72、喷头加热器68、平台加热板4b进行加热控制，从而控制机箱1内部环境温度的加热温度，控制融熔喷头60的加热温度，控制打印平台49的加热温度；

在步骤S304中，读取温度传感器数值：读取温度传感器数值；

在步骤S305中，检测读数是否异常：如果检测温度传感器数值无异常则进入步骤S306，若检测温度传感器数值有异常则进入步骤S307；

在步骤S306中，等待下一次中断产生：如果检测温度传感器数值无异常则等待下一次中断产生；

在步骤S307中，异常处理：若检测温度传感器数值有异常，则进入异常处理程序；

在步骤S308中，关闭所有加热部件：关闭内部环境加热器72、喷头加热器68、平台加热板4b；

在步骤S309中，显示警告信息：在触摸屏上循环显示警告信息；排除问题后需重启系统后方可使用。

优选地，前述窗盖后部铰接在箱体顶部，窗盖在铰接处附近的内侧两边均衔接有旋转孔；天窗中部设有气缸1b和气弹簧1c，气缸1b和气弹簧1c一左一右分开铰接在天窗内侧两边，气缸1b和气弹簧1c的工作端均设有弯折的支撑转轴1d，气缸1b和气弹簧1c通过支撑转轴1d和窗盖的旋转孔与窗盖连接。

优选地，前述对开门的门扇上部和/或下部边缘处设有门扣1i，机箱内设有与门扣1i匹配的门夹扣1h；对开门的门扇边缘处设有拉手安装孔1m，拉手安装孔1m内设有隐藏式旋转拉手1n；隐藏式旋转拉手1n包括把手面板座1o、安装柱1p、拉手转轴1q和旋转拉手1s；旋转拉手1s包括宽度相同的扁拉条和圆弧拉手1t，圆弧拉手1t衔接于扁拉条的两端形成一个弓形结构；面板上设有长宽和扁拉条长宽匹配的长方槽1u，扁拉条中部通过拉手转轴1q可旋转设置于该长方槽1u内部中部；面板背部在长方槽1u两侧设有嵌入式安装部1v；安装柱1p为两个，分别分布设置在面板的后侧的两端，位于嵌入式安装部1v的上下两侧。

优选地，隔热控制室在料仓对应顶部设有打印耗材观察窗1e；机箱在窗盖闭合处衔接有密封边1j，窗盖边缘设有与密封边1j匹配的密封条1k。

优选地，导料管519下部至熔腔65上部之间设有铁氟龙管67，其内径与导料管519匹配相同。

根据上述说明书及具体实施例并不对本实用新型构成任何限制，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变形，也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。