3.4 传动部件

组装3D打印机的传动部件包括同步带、同步带轮、丝杠、联轴器和减速机。

1.同步带、同步带轮

3D打印机中X轴、Y轴几乎都使用同步带移动挤出机。常见3D打印机的同步带宽度都为5mm、6mm，齿与齿间的距离在2～5mm，齿形有T形齿和圆弧齿。同步带轮一般和同步带配套使用。图3-12为组装3D打印机的传动部件。

下面介绍常用的同步带和同步带轮。

T5：早期3D打印机常用的同步带，齿距为5mm，尤其Reprap3D打印机具有自我复制的特点，同步带轮也可使用3D打印机打印出来。很多测试证明，齿距为5mm的同步带轮是最容易打印的，所以当时Reprap3D打印机大多都使用T5同步带。

T2.5：随着3D打印技术的发展，对3D打印机定位精度的要求更高，逐渐开始使用T2.5（齿距2.5mm）同步带和CNC铝制同步带轮，相比以前的T5同步带精度有很大的提升。

XL和MXL：一批商业性3D打印公司为了提升3D打印机的定位精度，开始使用工业级的同步带，即XL或者MXL同步带。XL同步带齿距为5.08mm，MXL同步带齿距为2.032mm。XL、MXL同步带齿形都为圆弧形，相比T形同步带，同步带和带轮间的间隙更小，精度更高。

GT2，HTD-3M：很多3D打印机爱好者使用GT2同步带升级他们的3D打印机，也有很多工业级的3D打印机生产商（比如3D system公司）使用GT2同步带。这种同步带专门为直线运动设计，圆弧齿形，往复运动回差很小（几乎没有），需要使用专用的同步带轮，成本高，并且只有美国盖茨（GATES）、日本优霓塔（UNITTA）两家生产，同时这种同步带也是这两家厂商的专利产品。HTD-3M在爱好者中并不常使用，但很多的3D打印机生产商会选择这种同步带，精度非常高。本书中使用的为UNITTAGT2型同步带。

最后，选择同步带轮时需要注意同步带轮的齿数，齿数多的步进电动机运动的分辨率高，但挤出轮直径增大，转矩下降，适合高转速运动。同步带轮齿数少，步进电动机运动的分辨率虽然低些，但挤出轮直径减小，转矩增大，适合低速运动。

2.普通丝杠，T形丝杠，滚珠丝杠

T形丝杠一般在商业3D打印机中大量应用，特点是精度有保障，价格低廉，Z轴一致性好，但是这种类型的丝杠也避免不了左右晃动。滚珠丝杠一般用在工业级3D打印机上，优点是精度高，一致性好，运动过程中不存在晃动的情况；缺点是价格昂贵，一个高精度、长度为200mm的滚珠丝杠都要在300元以上。

DIY3D打印机中经常使用普通丝杠，几乎Reprap3D打印机都使用了普通丝杠连接框架主体，尤其是8mm直径的不锈钢丝杠。3D打印机中，普通丝杠也被用来控制Z轴的升降，最早的Mendel 3D打印机就使用了8mm不锈钢普通丝杠，新一代的Prusa系列打印机使用5mm的不锈钢普通丝杠。普通丝杠最大的优点是价格非常便宜，五金标准件市场上都能找到，不需要专用螺母（普通M5、M8螺母即可），但是往往晃动较大，精度不一致。本书中组装的3D打印机也采用普通丝杠传动方式。

3.行星减速机

行星减速机是一种传动机构，其结构由一个内齿环紧密结合于齿箱壳体上，环齿中心有一个自外部动力所驱动的太阳齿轮，介于两者之间有一组由三颗齿轮等分组合于托盘上的行星齿轮组，该组行星齿轮依靠出力轴、内齿环及太阳齿支撑；当入力侧动力驱动太阳齿时，可带动行星齿轮自转，并按着内齿环的轨迹沿着中心公转，行星旋转带动连结托盘的出力轴并输出动力。利用齿轮的速度转换器，将电动机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩。

行星减速机在3D打印机中主要用于增加挤出机的转矩，使3D打印机挤出机可以驱动更粗更费力的耗材。在挤出机中增加行星减速器可明显改善挤出机的驱动力。行星减速机在Scara类3D打印机中广泛应用，驱动各部分轴运动。图3-13为行星减速机。

4.谐波减速机

谐波减速机是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。谐波减速机由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有高精度、高承载力等优点，和行星减速机相比，使用的材料减少50%，其体积及质量至少减少1/3，并且拥有很多特点：

1）结构简单，体积小，质量轻。

2）传动比范围大。

3）承载能力大。

4）运动精度高。

5）运动平稳。

6）传动效率高。

7）可实现高增速运动。

谐波减速机主要应用于Scara类3D打印机中，按角度控制各轴运动，精度很高，优点多，但价格昂贵。图3-14为谐波减速机。