在3D打印技术中，FDM因其简单的机械结构、易设计、低制造成本和材料成本，常用于桌面级3D打印机。但FDM打印受结构限制，零件尺寸和数量有限，打印时间长，效率低。目前仅有少量方案关注自动取件以实现连续打印。对现有方案工作原理进行剖析，较为常见的换床方式有利用带传送以及利用机械夹具夹取两种，而取件则会利用挡板、刮刀等将打印件自动从热床上推下。这些系统的功能实现不仅依赖于合理传动系统的设计，还涉及利用传感器对导轨进行运动检测以及利用单片机控制电机驱动等电控内容，除此之外还要实现3D打印机与换床系统的通信。这为我们提供了宝贵思路。我们要学习现有经验并设计出一套面向FDM 3D打印机的打印平板自动更换系统，从而提升打印效率。

本项目根据目前存在的问题，旨在设计出一套面向FDM 3D打印机的智能缺陷检测和打印平板自动更换系统，提高打印机工作效率同时，该设备利用打印面板自动更换系统实现了远程操控与自动作业。本系统包括结构硬件和软件部分，结构件可以使用3D打印制作，打印机的控制部分可以基于开源软件实现。自动换床系统大部分零部件由3D打印制造。项目为实现FDM 3D打印打印面板自动更换功能，具体流程如下：当打印完成之后，打印机执行自动更换打印平板操作，导轨将打印面板取出，将打印件取下，把执行过打印任务的打印平板收纳起来，并更换新的热床，进行下一打印任务。

机械设计

根据自动更换热床系统的功能要求，我将最初的概念模型进行精细化设计，经过多次迭代得到以下3D概念模型：

由图可知：该热床更换系统的机械结构主要由十部分构成，分别为：竖直导轨，竖直光杆，支撑板，内导轨，内导轨支架，外导轨，外导轨支座，热床座，热床铲以及最外侧的热床支架。各部分协同工作，确保热床更换过程的顺利进行。

3.2 电路控制

我们通过单片机实现了电机的驱动与控制。具体步骤如下：在计算好各导轨每一步运动所需移动的距离后，我们可以通过导轨的导程确定每一步导轨所需正转或反转的圈数，根据最初设定的机械运动技术路线，确定内外导轨以及竖直导轨的运动顺序并按顺序撰写运动指令即可得到代码。

3.3 样机测试与运行

在根据机械模型组装好实物后我们确定了以下运行逻辑：

首先，系统接收到换床信号时，支撑板移至最低位。此时，电机驱动热床座向打印机移动，确保A侧到达预定位置。

接着，竖直电机驱动支撑板上升，热床座A侧与打印面板接触并继续上升，磁铁吸引磁性打印床，产生间隙。

然后，外导轨电机驱动热床铲插入空隙，使热床与面板完全分离。内外导轨电机同时工作，驱动导轨移动，热床在磁铁吸引和热床铲支撑下离开打印机。

最后，内外导轨将热床拖上支架，推至收集处。完成取出过程，准备新热床。新热床放置逻辑相反。