3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),打印機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 邱 陵 學(xué) 號(hào) 05211601 指導(dǎo)教師 楊運(yùn)強(qiáng) 職 稱 教授 2015 年 04 月 18 日 本科畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信承諾書(shū) 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）題目 3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 邱陵 專業(yè) 機(jī)制 學(xué)號(hào) 05211601 指導(dǎo)老師 楊運(yùn)強(qiáng) 職稱 教授 所在系別 工程技術(shù)系 誠(chéng)信承諾 本人慎重承諾和聲明： 我承諾在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，在本人的畢業(yè)論文中不剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果，不篡改研究數(shù)據(jù)，如有違規(guī)行為發(fā)生，我愿承擔(dān)一切責(zé)任，接受學(xué)校的處理。 學(xué)生（簽名）： 年 月 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 邱陵 班級(jí) 機(jī)制6班 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 楊運(yùn)強(qiáng) 職稱 教授 單位 工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告（闡述課題的目的、意義、研究現(xiàn)狀、研究?jī)?nèi)容、研究方案、進(jìn)度安排、預(yù)期結(jié)果、參考文獻(xiàn)等） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容和要求： 3D打?。ㄈS打印 或3D printing），它是一種快速成形技術(shù)，一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。 3D打印機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下：成型體積（長(zhǎng)×寬×高）： 200mm×200mm×200mm；打印速度：300mm/s(建議使用速度150mm/s）；打印精度：XY軸：0.1mm（推薦42步進(jìn)電機(jī)）；Z軸：0.05mm（42步進(jìn)電機(jī)帶螺桿）；最大加熱溫度：300℃；噴嘴直徑：0.4mm；耗材直徑：1.75mm；噴頭數(shù)量：1。 設(shè)計(jì)該款3D打印機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分，完成方案規(guī)劃，設(shè)計(jì)計(jì)算，圖紙繪制。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求：(1)字?jǐn)?shù)要求2.0萬(wàn)左右； (2)外文資料翻譯不少于3千漢字(或2萬(wàn)印刷符）；(3)折算圖紙工作量不少于1″圖3張（包括總體圖、部件裝配圖、零件圖等）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參考資料： [1] 嚴(yán)學(xué)高，孟正大.機(jī)器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，2003. [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006. [3] 王金娥等．機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M]．北京大學(xué)出版社，2012． 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要工作： (5) 了解本課題研究意義，調(diào)研本課題國(guó)內(nèi)外研究情況及存在問(wèn)題；寫(xiě)出調(diào)研報(bào)告。 (6) 進(jìn)行課題方案規(guī)劃和詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成全部設(shè)計(jì)。 (7) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，字?jǐn)?shù)不少于5000字，且打印輸出并裝訂、格式一律參照“中國(guó)地質(zhì)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）寫(xiě)作規(guī)范”要求，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)Word文檔電子版并打?。? (8) 提交AutoCAD圖紙電子版并打印圖紙。 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見(jiàn)： 審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□ 教研室主任簽名： 年 月 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 邱陵 學(xué)號(hào) 05211601 專業(yè)班級(jí) 11級(jí)機(jī)制6班 指導(dǎo)教師 楊運(yùn)強(qiáng) 職稱 教授 單 位 工程學(xué)院 課題性質(zhì) 設(shè)計(jì)√ 論文□ 課題來(lái)源 科研□ 教學(xué)√ 生產(chǎn)□ 其它□ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告（闡述課題的目的、意義、研究現(xiàn)狀、研究?jī)?nèi)容、研究方案、進(jìn)度安排、預(yù)期結(jié)果、參考文獻(xiàn)等） 一、課題的目的及意義 1、研究目的： 3D打印帶來(lái)了全世界性制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn)，而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，將會(huì)顛覆這一生產(chǎn)思路，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可以通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它無(wú)需機(jī)械加工或模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體， 從而極大地所縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。 2、研究意義： 本課題研究的3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)則出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。 二、研究現(xiàn)狀 在國(guó)外經(jīng)過(guò)十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前已經(jīng)能夠在 0.01mm的單層厚度上實(shí)現(xiàn)600dpi的精細(xì)分辨率。目前國(guó)際上較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25mm厚度的垂直速率，并可實(shí)現(xiàn)24位色彩的彩色打印。 在國(guó)內(nèi)，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點(diǎn)是由海外歸國(guó)團(tuán)隊(duì)建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)與國(guó)外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國(guó)產(chǎn)3D打印機(jī)在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術(shù)水平有待進(jìn)一步提升。在服務(wù)領(lǐng)域，我國(guó)東部發(fā)達(dá)城市已普遍有企業(yè)應(yīng)用進(jìn)口3D打印設(shè)備開(kāi)展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其服務(wù)范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設(shè)計(jì)、文物復(fù)原等多個(gè)領(lǐng)域。 三、研究?jī)?nèi)容 本報(bào)告研究的3D打印機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由輸人設(shè)備制定部分參數(shù),從存儲(chǔ)設(shè)備或者直接從計(jì)算機(jī)中得到事先建好的三維模型,由單片機(jī)對(duì)模型進(jìn)行分析,切片,建立 必要的支撐結(jié)構(gòu),再?gòu)膯纹瑱C(jī)輸出控制指令,控制噴頭型材料融化,并通過(guò)一定的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī),帶動(dòng)噴頭進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng),并控制噴頭的噴出系統(tǒng)調(diào)節(jié)噴出材料的多少。每打好一層,從外 部設(shè)備讀取下一層的參數(shù),再打印下一層,直到全部模型完成。完成模型的打印之后,還需要后期的材料回收工作。 四、研究方案 3D打印機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下： 成型體積（長(zhǎng)×寬×高）： 200mm×200mm×200mm；打印速度：300mm/s(建議使用速度150mm/s）；打印精度：XY軸：0.1mm（推薦42步進(jìn)電機(jī)）；Z軸：0.05mm（42步進(jìn)電機(jī)帶螺桿）；最大加熱溫度：300℃；噴嘴直徑：0.4mm；耗材直徑：1.75mm；噴頭數(shù)量：1。 設(shè)計(jì)該款3D打印機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分，完成方案規(guī)劃，設(shè)計(jì)計(jì)算，圖紙繪制。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求：(1)字?jǐn)?shù)要求2.0萬(wàn)左右； (2)外文資料翻譯不少于3千漢字(或2萬(wàn)印刷符）；(3)折算圖紙工作量不少于1″圖3張（包括總體圖、部件裝配圖、零件圖等）。 五、進(jìn)度安排 2、2014-12-01至2015-01-07 編寫(xiě)論文提綱，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，進(jìn)行開(kāi)題。 3、2015-01-08至2015-01-20 實(shí)習(xí)期間進(jìn)行一步查找資料，作社會(huì)調(diào)查。 4、2015-01-21至2015-02-20 撰寫(xiě)論文，完成第一稿，并交指導(dǎo)教師。 5、2015-02-20至2015-04-15 完善論文并繪制圖紙。 10、2015-04-16至2015-04-30 專家評(píng)閱。 11、2015-05-01至2015-05-15 畢業(yè)論文答辯。 六、預(yù)期結(jié)果 1. 了解本課題研究意義，調(diào)研本課題國(guó)內(nèi)外研究情況及存在問(wèn)題；寫(xiě)出調(diào)研報(bào)告。 2. 進(jìn)行課題方案規(guī)劃和詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成全部設(shè)計(jì)。 3. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，字?jǐn)?shù)不少于5000字，且打印輸出并裝訂、格式一律參照“中國(guó)地質(zhì)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）寫(xiě)作規(guī)范”要求，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)Word文檔電子版并打??； 4. 提交AutoCAD圖紙電子版并打印圖紙。 七、參考文獻(xiàn) [1] 嚴(yán)學(xué)高，孟正大.機(jī)器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，2003. [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006. [3] 王金娥等．機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M]．北京大學(xué)出版社，2012． 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見(jiàn)： 審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□ 教研室主任簽名： 年 月 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 系 別： 工程技術(shù)系 專 　業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 邱陵 學(xué) 號(hào)： 05211601 2015年 4月　1　日 3D打印機(jī)的發(fā)展前景 1、3D打印概念 3D打?。?D printing），即快速成型技術(shù)的一種，也稱為增材制造技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。快速成型技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)。3D打印技術(shù)被認(rèn)為是“第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”，早在20世紀(jì)90年代中期就已出現(xiàn)，但由于價(jià)格昂貴，技術(shù)不成熟，早期并沒(méi)有得到推廣普及。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，該技術(shù)已更加?jì)故?、精確，且價(jià)格有所降低。 2、3D打印機(jī)工作原理 “3D打印”層層印刷的原理和噴墨打印機(jī)類似，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制采用分層加工，疊加成型的方式來(lái)“造型”，會(huì)將設(shè)計(jì)產(chǎn)品分為若干薄層，每次用原材料生成一個(gè)薄層，一層一層疊加起來(lái)，最終在計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變?yōu)閷?shí)物。 3D打印是一種直接數(shù)字化制造技術(shù)，是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。 每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域?yàn)⒁粚犹厥饽z水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散，然后是噴灑一層均勻的粉末。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用，加工過(guò)程僅需確定所需塑料、樹(shù)脂、金屬等物料，材料耗費(fèi)僅相當(dāng)于傳統(tǒng)制造的十分之一，而誤差可輕易控制到0.1mm之內(nèi)。它無(wú)需生產(chǎn)線，亦可制造那些常規(guī)方法無(wú)法生產(chǎn)的奇形怪狀的零件。 三維打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。分步驟描述如下： 1、 三維建模 通過(guò)goSCAN之類的專業(yè)3D掃描儀或是Kinect之類的 DIY掃描設(shè)備獲取對(duì)象的三維數(shù)據(jù)，并且以數(shù)字化方式生成二維模型。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等二維建模軟件從零開(kāi)始建立三維數(shù)字化模型，或是直接使用其他人已做好的3D模型。 2、分層切割 由于描述方式的差異，3D打印機(jī)并不能直接操作3D模型。當(dāng)3D模型輸入到電腦中以后，需要通過(guò)打印機(jī)配備的專業(yè)軟件來(lái)進(jìn)一步處理，即將模型切分成一層層的薄片，每個(gè)薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印機(jī)的規(guī)格決定。 3、打印噴涂 由打印機(jī)將打印耗材逐層噴涂或熔結(jié)到二維空間中，根據(jù)工作原理的不同，有多種實(shí)現(xiàn)方式。比較流行的做法是先噴一層膠水，然后在上面撒一層粉末，如此反復(fù)；或是通過(guò)高能激光融化合金材料，一層一層地熔結(jié)成模型。整個(gè)過(guò)程根據(jù)模型大小、復(fù)雜程度、打印材質(zhì)和工藝耗時(shí)幾分鐘到數(shù)天不等。 4、后期處理 模型打印完成后一般都會(huì)有毛刺或是粗糙的截面。這時(shí)需要對(duì)模型進(jìn)行后期加工，如固化處理、剝離、修整、上色等等，才能最終完成所需要的模型的制作。 3、3D打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 在國(guó)外經(jīng)過(guò)十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，美國(guó)加州大學(xué)最新開(kāi)發(fā)的“輪廓工藝”技術(shù)，在美國(guó)航天局的出資贊助下，可以在24小時(shí)以內(nèi)打印一棟兩層樓的房子。澳洲一家石墨礦公司和一家3D打印公司合作已經(jīng)可以用石墨烯打印電池，充放電速度比普通電池快1000倍。3D打印技術(shù)也已經(jīng)到發(fā)展到生物打印，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的3D生物打印技術(shù)團(tuán)隊(duì)利用肋骨的軟骨組織打印出新的耳朵。 在國(guó)內(nèi)，多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。根據(jù)美國(guó)3D打印機(jī)行業(yè)研究機(jī)構(gòu)WohlersAssociates公布的權(quán)威報(bào)告指出，中國(guó)華東科技大學(xué)已經(jīng)獲得多項(xiàng)3D打印機(jī)研究成果，另外清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等眾多大學(xué)也取得一些研發(fā)成果。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷售，浙江湘湖已經(jīng)逐漸建立起了3D小鎮(zhèn)，整個(gè)3D產(chǎn)業(yè)園區(qū)為3D打印企業(yè)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，抱團(tuán)發(fā)展。3D打印技術(shù)作為制造業(yè)領(lǐng)域的一次重大技術(shù)革命，我國(guó)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空、航天等軍事領(lǐng)域和大型復(fù)雜構(gòu)件的一次成型制造，我國(guó)的3D打印技術(shù)也正在蓬勃發(fā)展。 4、3D打印相關(guān)軟件 Blender、SketchUp、AutoCAD 在3D打印的制作過(guò)程中，用到軟件的方面應(yīng)該是在3D打印的三維模型設(shè)計(jì)上（不包括其余過(guò)程中的常用的操作軟件）。模型的設(shè)計(jì)可以說(shuō)是整個(gè)3D打印過(guò)程的核心部分，是3D打印產(chǎn)品的根本。在此介紹幾種建立三維數(shù)字化模型的建模軟件。 Blender：Blender是一個(gè)開(kāi)源的多平臺(tái)輕量級(jí)全能三維動(dòng)畫(huà)制作軟件，提供從建模，動(dòng)畫(huà)，材質(zhì)，渲染，到音頻處理，視頻剪輯的一系列動(dòng)畫(huà)短片制作解決方案。blender以python為內(nèi)建腳本，支持yafaray渲染器，同時(shí)還內(nèi)建游戲引擎。 完整集成的創(chuàng)作套件，提供了全面的3D創(chuàng)作工具，包括建模（modeling）、uv映射（uv-mapping）、貼圖（texturing）、索鏈關(guān)連（rigging）、蒙皮（skinning）、動(dòng)畫(huà)（animation）、粒子（particle）和其它系統(tǒng)的模擬、腳本控制（scripting）、渲染（rendering）、合成（compositing）、后期處理（post-production）和游戲制作； SketchUp：Google Sketchup是一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過(guò)程的設(shè)計(jì)工具，其創(chuàng)作過(guò)程不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想而且完全滿足與客戶即時(shí)交流的需要，它使得設(shè)計(jì)師可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。google?SketchUp軟件同3dmax等3維制作軟件同樣，有豐富的模型資源，在設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用、插入、復(fù)制等進(jìn)行編輯任務(wù)。 AutoCAD：AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年開(kāi)發(fā)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過(guò)交互菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用。在不斷實(shí)踐的過(guò)程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開(kāi)發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行。 5、3D打印技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 5.1、優(yōu)點(diǎn) 一是最直接的好處就是節(jié)省材料，不用剔 除邊角料，提高材料利用率，通過(guò)摒棄生產(chǎn)線而降低了 成本；二是能做到很高的精度和復(fù)雜程度，除了可以表 現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)；三是不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾 具和機(jī)床或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生 成任何形狀的零件；四是它可以自動(dòng)、快速、直接和精 確地將計(jì)算機(jī)中的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為模型，甚至直接制造零件 或模具，從而有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期；五是3D打印 能在數(shù)小時(shí)內(nèi)成形，它讓設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)了從 平面圖到實(shí)體的飛躍；六是它能打印出組裝好的產(chǎn)品， 因此它大大降低了組裝成本，它甚至可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生 產(chǎn)方式。 5.2、缺點(diǎn) 任何一個(gè)產(chǎn)品都應(yīng)該具有功能性，而如今 由于受材料等因素限制，通過(guò)3D打印制造出來(lái)的產(chǎn)品 在實(shí)用性上要打一個(gè)問(wèn)號(hào)。①?gòu)?qiáng)度問(wèn)題：房子、車子固 然能“打印”出來(lái)，但是否能抵擋得住風(fēng)雨，是否能在 路上順利跑起來(lái)？②精度問(wèn)題：由于分層制造存在 “臺(tái)階效應(yīng)”，每個(gè)層次雖然很薄，但在一定微觀尺度 下，仍會(huì)形成具有一定厚度的一級(jí)級(jí)“臺(tái)階”，如果需 要制造的對(duì)象表面是圓弧形，那么就會(huì)造成精度上的偏 差；③材料的局限性：目前供3D打印機(jī)使用的材料非 常有限，無(wú)外乎石膏、無(wú)機(jī)粉料、光敏樹(shù)脂、塑料等。 能夠應(yīng)用于3D打印的材料還是很單一，以塑料為主， 并且打印機(jī)對(duì)單一材料也非常挑剔。 參考文獻(xiàn) [1] 孫曉林. 3D打印技術(shù)的應(yīng)用[J].[2013-07-13]. 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Key words：3D printer;?future development;?development?breakthrough;scheme design 目 錄 引言 1 1緒論 2 1.1 國(guó)內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2 1.1.1 國(guó)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2 1.1.2國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2 1.2 3D打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.2.1 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展前景 2 1.2.2 3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì) 3 1.3 3D打印機(jī)的工作原理及特點(diǎn) 3 1.3.1 3D打印的工作原理 3 1.3.2 3D打印的特點(diǎn) 4 1.4 發(fā)展創(chuàng)新與突破 4 1.4.1 3D打印應(yīng)用領(lǐng)域拓展延伸 5 1.4.2 3D打印速度尺寸及技術(shù)日新月異 5 1.4.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)革新 5 2 總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.1 引言 5 2.2 總體框架的設(shè)計(jì) 6 2.3 溫度控制回路的設(shè)計(jì) 6 2.4 XYZ三方向控制電機(jī)的設(shè)計(jì) 6 2.5 噴頭移動(dòng)及噴出量調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì) 7 3 機(jī)械結(jié)構(gòu) 7 3.1 傳動(dòng)方式的選擇 7 3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 8 3.3 噴頭的選擇 8 4 電機(jī)的選擇 9 4.1 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的對(duì)比 9 4.2 直流交流伺服電機(jī)對(duì)比 10 4.3負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 11 4.4 打印速度的初步估計(jì) 11 4.5加速和減速運(yùn)動(dòng)的控制 11 4.6 振動(dòng)和噪音 12 5 傳感器 12 5.1 溫度傳感器對(duì)比 12 5.2 機(jī)械位置傳感器 14 5.3 壓力傳感器 15 6 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及面臨問(wèn)題 17 6.1 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 17 6.2 3D打印技術(shù)面臨的問(wèn)題 17 參考文獻(xiàn) 18 致謝 19 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 引 言 隨著時(shí)代的進(jìn)步，我們的生活水平不斷提高，與此同時(shí)，人口的增長(zhǎng)形成了鮮明的對(duì)比，我們需要更多的商品來(lái)滿足物質(zhì)生活的條件。這肯定會(huì)引起我們對(duì)商品的需求也將越來(lái)越高，做工精細(xì)，獨(dú)特的貨物生產(chǎn)將流行在人民群眾之中?，F(xiàn)在，我們有先進(jìn)的技術(shù)—3D打印，我們可以通過(guò)三維打印機(jī)打印出所有的東西，我們需要的和想要的。三維打印技術(shù)廣泛應(yīng)用，它可以應(yīng)用在醫(yī)療行業(yè)，科研，產(chǎn)品模型，架構(gòu)設(shè)計(jì)，制造和食品等，前景廣闊。 3D打印技術(shù),數(shù)字模型文件是基于使用金屬或塑料粉材料通過(guò)一層一層地印刷技術(shù)來(lái)構(gòu)造對(duì)象。3 D打印機(jī)出現(xiàn)在1990年代中期,光固化快速成型設(shè)備和紙張紋理技術(shù)的使用。它基本上也是作為一個(gè)普通的打印機(jī),打印機(jī)由液體或粉“印度材料”與電腦連接,電腦控制印刷材料層復(fù)合在一起,最終成為藍(lán)圖的電腦。今天,這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在許多領(lǐng)域,人們用它來(lái)制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜點(diǎn)。 0 1 緒論 1.1 國(guó)內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 1.1.1 國(guó)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò)十年的探索和發(fā)展,3D打印技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,加州大學(xué)的新開(kāi)發(fā)的“等值過(guò)程”技術(shù),在美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的贊助下,您可以打印在不到24小時(shí)內(nèi)設(shè)置兩層的房子。澳大利亞石墨礦公司的3 d印刷公司已經(jīng)可以打印石墨烯電池,充電和放電速度快1000倍，比普通電池。3 d打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的生物打印，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院蘇黎世3D打印技術(shù)團(tuán)隊(duì)使用肋軟骨打印新的耳朵。 1.1.2 國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。根據(jù)美國(guó)3D打印機(jī)行業(yè)研究機(jī)構(gòu)公布的權(quán)威報(bào)告指出，中國(guó)華東科技大學(xué)已經(jīng)獲得多項(xiàng)3D打印機(jī)研究成果，另外包括清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等眾多大學(xué)也取得一些研發(fā)成果。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)開(kāi)始研發(fā)和生產(chǎn)3D打印機(jī)，比較突出的是浙江已經(jīng)逐漸建立起了3D小鎮(zhèn)，建立起一個(gè)3D打印產(chǎn)業(yè)區(qū)，為眾多生產(chǎn)商提供了一個(gè)聚集生產(chǎn)3D打印機(jī)的平臺(tái)。3D打印技術(shù)作為制造業(yè)領(lǐng)域的一次重大技術(shù)革命，我國(guó)在航空、航天等眾多領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用大型復(fù)雜構(gòu)件的一次成型制造，可以看出，我國(guó)的3D打印產(chǎn)業(yè)也在同世界看齊。 1.2 3D打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展前景 根據(jù)3D產(chǎn)業(yè)權(quán)威報(bào)告《Wohlers Report 2014》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長(zhǎng)速度。近幾年更是增長(zhǎng)迅速，預(yù)計(jì)在2016年，3D打印設(shè)備制造和服務(wù)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將增加到30億美元，預(yù)計(jì)在2020年將達(dá)到51億美元。中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)近兩年開(kāi)始迅猛發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)有幾家年銷售額過(guò)億的3D打印企業(yè)，并且隨著EOS,Formlabs，3D Systems等國(guó)外知名的3D打印企業(yè)在國(guó)內(nèi)大幅拓展中國(guó)市場(chǎng)，對(duì)我國(guó)的3D打印技術(shù)有著促進(jìn)作用。但是現(xiàn)在研制生產(chǎn)銷售的設(shè)備大多都是ABS和PLA材料，能提供金屬粉末和陶瓷等材料的企業(yè)還是只有幾家，所以材料問(wèn)題是未來(lái)3D打印產(chǎn)業(yè)不得不解決的問(wèn)題。隨著金屬粉末設(shè)備的迅速發(fā)展，未來(lái)對(duì)金屬粉末的需求會(huì)大大增加，所以國(guó)內(nèi)對(duì)于金屬粉末的投資力度也越來(lái)越大。 1.2.2 3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì) 最初的3D打印技術(shù)是用來(lái)驗(yàn)證工業(yè)的設(shè)計(jì)方案，再生成模型，對(duì)于創(chuàng)新為核心的3D打印技術(shù)，在未來(lái)的發(fā)展中一定會(huì)進(jìn)入到更多的領(lǐng)域里，這是3D打印的高效率和低成本優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)工業(yè)都是采用減法工藝，通過(guò)車、銑、刨、摩、鉆等切削工藝對(duì)材料進(jìn)行加工，這種工藝對(duì)材料有很大的浪費(fèi)，復(fù)雜的工序也需要很長(zhǎng)的制作周期。而3D打印機(jī)就很好的解決了這樣的問(wèn)題，加法制造可以節(jié)省大量的原材料，制作周期也大大的減少。 1.3 3D打印機(jī)的工作原理及特點(diǎn) 1.3.1 3D打印的工作原理 三維打印技術(shù)是使用噴頭噴出粘結(jié)劑,進(jìn)行熔融沉淀造型(Fused deposition modeling，之后簡(jiǎn)稱FDM).FDM是目前使用最為廣泛的3D打印工藝，通過(guò)加熱頭把熱熔性材料(如ABD樹(shù)脂、尼龍等)加熱到半流體狀態(tài)，然后加熱頭會(huì)在電腦軟件指定的軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)噴頭將半流體狀態(tài)下的材料擠壓出來(lái)，材料瞬時(shí)凝固形成有輪廓的薄層。 圖1是3D打印機(jī)的簡(jiǎn)易示意圖. 這個(gè)過(guò)程是首先鋪粉輥從左到右移動(dòng),將粉杠里的粉末在成型缸槽均勻覆蓋著一層。然后依據(jù)計(jì)算機(jī)模型，由打印頭設(shè)計(jì)粉末噴射截面的第一層，在該形狀的底部上，然后形成筒平臺(tái)從一層粉末向下移動(dòng)一定的距離, 再由鋪粉輥從供粉缸中平鋪一層粉末到剛才打印完的粉末層上，然后再由打印頭按照第二層截面的形狀噴灑粘結(jié)劑，層層遞進(jìn)，最后得到的零件整體是由各個(gè)橫截面層層重疊起來(lái)的。 圖1 三維快速打印技術(shù)工作原理示意圖 3D打印的主要工作流程如圖1所示, 首先要在電腦軟件上進(jìn)行3D建模，3D建模質(zhì)量越好3D打印出來(lái)的質(zhì)量就越好. 現(xiàn)在CADPro/e等矢量建模軟件都可以實(shí)現(xiàn)建模. 3首先是將模型分割成一片片薄片，每個(gè)薄片厚度由材料決定。然后再進(jìn)行分割，最后像噴墨打印中將成型材料那樣逐層打印到打印面板上面。 1.3.2 3D打印的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的工業(yè)制作相比，3D打印技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，主要優(yōu)勢(shì)如下: 1． 精度高。 一開(kāi)始的3D打印精度并不高，但是隨著技術(shù)的不斷成熟與突破，如今的3D打印精度已經(jīng)可以達(dá)到制作需求。 2． 周期短。 3D打印不像傳統(tǒng)的制作那樣，先要設(shè)計(jì)模具然后再休整之后進(jìn)行制作，需要的周期很長(zhǎng)，有時(shí)需要數(shù)周，直接建模之后增量生產(chǎn)，短時(shí)間之內(nèi)就能將一個(gè)模型制作出來(lái)。 3． 個(gè)性化制作。 以前訂做模型往往需要花費(fèi)巨大的資金成本，但是對(duì)于3D打印而言，制作模型的數(shù)量是隨意的，都可以輕松制作出來(lái)，且成本都是一樣的。 4． 材料的多樣性。 3D打印材料的更新速度也是非?？?，如今金屬石料高分子材料都可以應(yīng)用于3D打印。 1.4 發(fā)展創(chuàng)新與突破 3D打印已經(jīng)逐漸被人所熟知，進(jìn)入了世界各大期刊雜志，普遍認(rèn)為它將會(huì)改變我們的世界，可以看到人們已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注并且對(duì)它感興趣。3D打印的飛速發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下方面。 1.4.1 3D打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸 3D打印已經(jīng)逐步走向生物領(lǐng)域，這是3D打印對(duì)于醫(yī)學(xué)的重大貢獻(xiàn)，包括之前的打印出耳朵組織，打印心臟的成功，標(biāo)志著3D打印在生物領(lǐng)域的不斷成熟，也是眾多病人的福音。3D打印不僅是在現(xiàn)有的領(lǐng)域有出眾的潛力，相信還會(huì)有更多的領(lǐng)域等待著它去突破。 1.4.2 3D打印速度尺寸及技術(shù)日新月異 3D打印的速度已經(jīng)逐漸加快，如今最快的3D打印機(jī)已經(jīng)可以每秒送絲超過(guò)400mm，在不同行業(yè)里，已經(jīng)有多鐘3D打印機(jī)的誕生不斷的刷新著打印速度的記錄，相信在不久的將來(lái)，3D打印機(jī)的打印速度會(huì)達(dá)到甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1000mm每秒的夢(mèng)想。 1.4.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)革新 3D打印未來(lái)民用化已是大勢(shì)所趨，如何使其簡(jiǎn)單化也是重點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)有部分企業(yè)著重于推出簡(jiǎn)單成熟的3D設(shè)計(jì)平臺(tái)，并且大力開(kāi)發(fā)3D打印應(yīng)用，從而讓所有人都能進(jìn)去3D打印的世界。 2 總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 引言 3 D打印機(jī),從推出至今，已經(jīng)逐漸走向我們的身邊。它的推出被人推崇為第三次工業(yè)革命，代表著時(shí)代的進(jìn)步以及科技的革新，為未來(lái)的工業(yè)帶來(lái)了更加廣闊的未來(lái)。 本文是針對(duì)3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)各個(gè)原件的選擇是考慮到整體的合理性以及經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過(guò)分析后進(jìn)行的選擇。 3 D打印機(jī)可以運(yùn)用種類繁多的材料進(jìn)行打印,運(yùn)用計(jì)算機(jī)建模,例如一輛汽車模型也可能是一個(gè)器官模型,之后通過(guò)3 D打印機(jī)使用不同的材料進(jìn)行打印。打印的原料已經(jīng)不再單調(diào)，如今已經(jīng)從以前的幾種單一的打印材料增加到現(xiàn)在的上百種材料。 2.2總計(jì)框架的設(shè)計(jì) 2.2.1系統(tǒng)概述 部分參數(shù)都是由系統(tǒng)輸入設(shè)備制定的，從儲(chǔ)蓄設(shè)備或者計(jì)算機(jī)中獲得事先建立好的三維模型，有單片機(jī)對(duì)模型進(jìn)行先進(jìn)行分析和切片，然后再建立需要的支撐結(jié)構(gòu)，噴頭接收單片機(jī)的指令對(duì)材料進(jìn)行融化并發(fā)動(dòng)電機(jī)，從而控制噴頭在X，Y，Z三個(gè)方向的移動(dòng)，同時(shí)噴出系統(tǒng)調(diào)節(jié)材料的噴出量，逐層打印，直到全部模型完全打印出來(lái)，最后再進(jìn)行后期的修整和材料回收。 2.2.2系統(tǒng)框架 輸入設(shè)備，存儲(chǔ)外設(shè)，上位機(jī)，傳感器系統(tǒng)—單片機(jī)分析—溫度控制系統(tǒng)，X，Y，Z方向控制系統(tǒng)，噴出量控制系統(tǒng)。 2.3溫度控制回路設(shè)計(jì) 2.3.1打印耗材的選用 一方面需要熔點(diǎn)低，并且要很好的粘滯性，另一方面還需要快速成型。基于以上綜合考慮，最終選擇了PLA/ABS耗材。 2.3.2設(shè)計(jì)思路概況 ABS/PLA耗材的熔點(diǎn)大約為230℃，分解溫度大約在260℃以上，因此可以初步確定成型溫度約在250℃以下?？刂苹芈愤\(yùn)用溫度傳感器來(lái)返回當(dāng)前溫度，控制回路返回當(dāng)前溫度保證了溫度的恒定，而控制器統(tǒng)一使用了單片機(jī)來(lái)傳達(dá)命令。 控制回路的順序如下： 設(shè)置空氣溫度—單片機(jī)—D/A轉(zhuǎn)換器—加熱電路—當(dāng)前溫度—溫度傳感器—A/D轉(zhuǎn)換器—單片機(jī)。 2.4 X Y Z三方向控制電機(jī)設(shè)計(jì) 把二維打印與一維打印結(jié)合成三維打印。就是在Z方向使用步進(jìn)電機(jī)，將步進(jìn)電機(jī)固定的量算出需要的步進(jìn)角，控制噴頭豎直方向的速度，再把X,Y方向也使用電機(jī)帶動(dòng)，就像噴墨打印機(jī)的原理，這樣結(jié)合就使得每一個(gè)平面的二維打印進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維打印。 2.5噴頭移動(dòng)及噴出量調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì) 2.5.1噴頭系統(tǒng)的功能要求 熔融擠出系統(tǒng)：把成型材料放入液化器中，材料在液化器充分融化變?yōu)槿廴趹B(tài)，然后經(jīng)過(guò)內(nèi)徑極小的噴嘴以直徑很小的絲狀噴出，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的命令在與掃描速度相匹配的送絲速度堆積成型，以此來(lái)保證它的均勻和一致。 2.5.2噴頭實(shí)現(xiàn)方法設(shè)計(jì) 本3D打印機(jī)選擇的是PLA/ABS型打印材料，采用熔融沉積成型技術(shù)，每一片的參數(shù)控制噴頭的的路徑以及噴出量，使打印材料均勻鋪在打印面板上。 液化器中電熱絲在系統(tǒng)控制的熱量范圍使材料熔融，并在設(shè)定溫度值之后盡量保證恒溫，不能產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，不然就會(huì)影響成型的質(zhì)量，所以我們必須加入合適的溫度控制回路來(lái)控制液化器的溫度。 3機(jī)械結(jié)構(gòu) 3.1傳動(dòng)方式的選擇 支持直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方式主要是螺桿，和皮帶兩種，螺桿精度高，載荷大，速度低。3D打印機(jī)打印頭基本不受力，沒(méi)有載荷要求，打印機(jī)X,Y軸方向需要的速度較高，在Z軸方向上需要精度較高，對(duì)于速度的要求不高。3D打印機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)一般都是在水平方向使用帶傳動(dòng),垂直方向用螺桿。 滾珠絲杠和滑動(dòng)絲杠的選擇：滾珠絲杠效率高，傳動(dòng)速度高；滑動(dòng)絲杠有自鎖性，價(jià)格低。 滾珠絲杠是如今精密器械最常用的傳動(dòng)元件，傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上，是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上。 ①與滑動(dòng)絲桿相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 因?yàn)闈L珠絲杠副的絲杠軸和絲母之間有很多在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滾珠，所以運(yùn)動(dòng)效率比較高，跟滑動(dòng)絲杠副相比，驅(qū)動(dòng)力矩在1/3以下，效率可以達(dá)到滑動(dòng)絲杠副的三倍，節(jié)省電力。 ②無(wú)間隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加入一定的與壓力，可以讓軸向間隙為負(fù)值，提高剛性。 ③使用壽命高 滾珠絲杠副所受損傷比滑動(dòng)絲杠副所受損傷小很多，只要清潔和潤(rùn)滑達(dá)到要求，滾珠絲杠副的使用壽命可以高很多。 ④價(jià)格差異不大 如今的自動(dòng)化設(shè)備逐漸增多，滾珠絲杠副的產(chǎn)量也越來(lái)越大，因此現(xiàn)在的滾珠絲杠副已經(jīng)和滑動(dòng)絲杠副的價(jià)格差異越來(lái)越小。 3.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 滾珠絲杠依采用JB/T9893—1999，長(zhǎng)度=1m，公稱直徑=12mm，公稱導(dǎo)程mmPh40. 對(duì)本體系來(lái)說(shuō)，絲杠傳動(dòng)折算到馬達(dá)軸上的總慣量為：Jt=Z1+1/i2[Z2+JS+JW](kg.m2) 其中i是兩齒輪的傳動(dòng)比，設(shè)i=Z1/Z2=1 其他符號(hào)說(shuō)明如下： Z1——齒輪l?及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1=0.0018kg. m2?； Z2——齒輪2?的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，取J2=0.0018kg. m2?； Js——絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg. m2?； Jw----為工作臺(tái)折算到絲杠上的動(dòng)慣量；? W——工作臺(tái)重量，工作臺(tái)輕，取6kg；? S——絲杠螺距，4mm；?? g——重力加速度，9.8m/ s2；? 圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1/8MD2?； M----圓柱體質(zhì)量；???D----圓柱體直徑；? 選用絲杠的密度（類于鐵）：7.8g/m3； 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： JS=1/4πD2pl*1/8D2=3.14*0.0124*1.0*7800/32=1.59*10-5( kg.m2 ) Jw=6*0.0042/(9.8*4π2)=2.48*10-7( kg.m2 ) 因此 Jt=3*10-3 ( kg.m2)-。 從上述計(jì)算公式可以看出，Jt很小，主要是由兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)決定的，這樣對(duì)電機(jī)的功率輸出要求不那么過(guò)于嚴(yán)厲，在功率不高的情況下，可是完成高轉(zhuǎn)速。制動(dòng)性能和反應(yīng)都比較好。 這類電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了3000r/min左右，假如最高轉(zhuǎn)速在3000，按照360dpi的分辨率來(lái)思考，則每英寸25.4mm對(duì)應(yīng)360個(gè)色點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)色點(diǎn)之間的距離是25.4/360=0.07mm,加上打印所使用的噴頭為雙排，因此打印噴頭的周期移動(dòng)距離d=0.07×2=0.14mm，噴墨和噴粘劑各一次，兩個(gè)噴頭同步噴出。 假設(shè)機(jī)械精度為0.005mm，所對(duì)應(yīng)的脈沖當(dāng)量為：i=1是，求得絲杠轉(zhuǎn)一圈，噴頭前進(jìn)4mm，則機(jī)械精度所對(duì)應(yīng)的絲杠轉(zhuǎn)一周，上位機(jī)所發(fā)出的脈沖指令時(shí)4mm/0.005mm=800(個(gè))，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3000，上位機(jī)脈沖的能力在800×3000/60=40000r/s，對(duì)應(yīng)的6000轉(zhuǎn)速，上位機(jī)脈沖能力為80000r/s，電齒輪不變。 CMX?：電子齒輪比的分子是電機(jī)編碼器反饋脈沖。? CDV?：電子齒輪比的分母是上位機(jī)的給定脈沖（指令脈沖）。? 電子齒輪比=CMX/CDV=（131072×100）/?80000=6553600/200000=32.8。?? 上述計(jì)算電子齒輪比方便控制中心按給定指令要求控制伺服轉(zhuǎn)動(dòng)定位，所以，通過(guò)上位機(jī)的脈沖能力計(jì)算，等對(duì)比實(shí)現(xiàn)的可能性，知道我們方案的合理性。 3.3噴頭的選擇 選用3DA-001B型號(hào)，寬度和分辨率都達(dá)到規(guī)定要求。 4電機(jī)的選擇 4.1伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的對(duì)比 控制電機(jī)的選取和比較：電機(jī)控制系統(tǒng)依據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的需要可分為驅(qū)動(dòng)伺服和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)兩大類，而伺服又有速度控制盒位置控制模式。 伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 控制類型 控制精度 低頻特性 矩頻特性 過(guò)載能力 運(yùn)行性能 速度響應(yīng)性能 閉環(huán)控制 兩種混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般是1.8°，0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角是0.72°，0.36°。 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，并且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以最高工作轉(zhuǎn)速在300—600r/min。 為了克服這種慣性力矩，在選取轉(zhuǎn)矩的電機(jī)的時(shí)候，機(jī)器在正常工作期間又需要大的轉(zhuǎn)矩，就會(huì)出現(xiàn)力矩浪費(fèi)。 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是閉環(huán)控制，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，通常情況下不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)載現(xiàn)象。 交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般把它用在需要快速開(kāi)啟快速停止的控制場(chǎng)合。 開(kāi)環(huán)控制 帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即便在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。 交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，其額定轉(zhuǎn)速一般在2000r/min—3000r/min,所以它可以輸出額定轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橐话悴痪哂羞^(guò)載能力，所以通常需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)來(lái)克服慣性力矩，但是機(jī)器只需要較小的轉(zhuǎn)矩就可以正常工作，所以會(huì)出現(xiàn)力矩浪費(fèi)。 在選型時(shí)一般選擇更大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)來(lái)克服慣性力矩但是機(jī)器只需要較小的轉(zhuǎn)矩就可以正常工作，所以會(huì)出現(xiàn)力矩浪費(fèi)。 步進(jìn)電機(jī)到工作轉(zhuǎn)速所需時(shí)間非常短，一般在200—400毫秒。 4.2交流直流伺服電機(jī)對(duì)比? 伺服電機(jī)可以考慮直流和交流兩種：直流電機(jī)因?yàn)樽陨淼娜秉c(diǎn)，需要經(jīng)常維護(hù)。與直流電動(dòng)機(jī)相比，相同體積的交流電動(dòng)機(jī)要比直流電動(dòng)機(jī)提高20﹪～70﹪的輸出功率。? 4.3 負(fù)載的分類 （1）Tf力矩負(fù)載： 　　Tf = G·r 　　G 重物重量 r 半徑 （2）TJ慣性負(fù)載： 　　J = M（R12+R22）/ 32 （Kg·cm） 　　M：質(zhì)量 　　R1：外徑 　　R2：內(nèi)徑 　　TJ = J·dw/dt dw/dt 為角加速度 4.4 力矩曲線圖的說(shuō)明 步進(jìn)電機(jī)的輸出特性可以用力矩曲線圖表現(xiàn)，下面對(duì)力矩曲線圖的關(guān)鍵詞做出說(shuō)明。 說(shuō)明： 1. 工作頻率點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)在該點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。單位：Hz n=Θ*Hz / （360*D） n 轉(zhuǎn)/秒 Hz 該點(diǎn)的頻率值 D 電路的細(xì)分值， Θ 步進(jìn)電機(jī)的步距角 4.5 加速和減速運(yùn)動(dòng)的控制 系統(tǒng)在力矩曲線圖區(qū)域之內(nèi)工作，需要在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行加減速。步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩在高速時(shí)很低，但是在低速卻很平穩(wěn)。 4.5.1 直線加速度運(yùn)動(dòng) 電機(jī)負(fù)載為T(mén)L，要從F0 在最短時(shí)間tr內(nèi)加速到F1，求tr 和 加速脈頻率F（t） A．確定TJ，一般TJ =70% Tm。 B．tr = 1.8*10-5*J*Θ*（F1-F0）/ （TJ-TL） C.Ｆ（ｔ）＝（Ｆ１－Ｆ０）＊ｔ／ｔｒ＋Ｆ０ ， 0 < t < tr 4.5.2 指數(shù)加速運(yùn)動(dòng) 電機(jī)負(fù)載為T(mén)L，要從F0 在最短時(shí)間tr內(nèi)加速到F1，求tr 和 加速脈頻率F（t） A.確定TJ０，ＴＪ１一般TJ０ =70% Tm０,TJ１ =70% Tm１,TL=60%Tm1 B．tr = F4*ln[(TJ0-TL)/(TJ1-TL)] C.Ｆ（ｔ）＝F2*[1-e^(-t/F4)]＋Ｆ０ ， 0 < t < tr 其中，F(xiàn)2=(TL-TJ0)*(F1-F0)/(TJ1-TJ0) F4=1.8*10-5*J*Θ*F2 /( TJ0-TL) 4.6 振動(dòng)和噪音 步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)，在200pp振動(dòng)最為嚴(yán)重，還可能出現(xiàn)失步現(xiàn)象。一般解決的辦法是避開(kāi)振動(dòng)區(qū)，使電機(jī)的工作頻率不在這個(gè)范圍內(nèi)。 5 傳感器 5.1 溫度傳感器對(duì)比 ?′溫度傳感器的接觸式特別適合1200℃以下、熱容大、無(wú)腐蝕性對(duì)象的連續(xù)在線測(cè)溫，并且接觸式測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，并且可以可方便地組成多路集中測(cè)量與控制系統(tǒng)。a 從以上兩個(gè)表可以看出，溫度在1000℃以下的誤差較大，所以選擇接觸式傳感器。本設(shè)計(jì)選用溫度范圍為-50℃～150℃的銅材料熱敏電阻，精度以及靈敏度都符合本設(shè)計(jì)所需要的傳感器。 5.2 機(jī)械位置傳感器 X,Y軸傳動(dòng)使用帶傳動(dòng)，Z軸使用的是滾珠絲杠。傳感器的位置在傳動(dòng)路線終點(diǎn)。 5.3 壓力傳感器 用壓力傳感器檢測(cè)噴頭的噴出量以及粉末使用量，在分量不夠或者超過(guò)的時(shí)候進(jìn)行反饋和提示。 6 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及面臨問(wèn)題 6.1 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 3D打印技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.3D打印技術(shù)可以有效的加工工程中任何復(fù)雜的零部件結(jié)構(gòu)，提高企業(yè)的研發(fā)效率。 2.CAD/CAM技術(shù)的集成，快速成型技術(shù)集成CAD.CAM激光技術(shù).數(shù)控技術(shù).化工材料工程等多項(xiàng)技術(shù),使得設(shè)計(jì)制造一體化的概念完美實(shí)現(xiàn)。 3.作為增材制造，對(duì)材料的使用率高，基本上可以做到無(wú)消耗。 4.材料種類多，推出新材料的速度也越來(lái)越快，可以選擇不同的材料制作個(gè)性化的產(chǎn)品。 5. 節(jié)省勞動(dòng)成本，利用3D打印技術(shù)，工廠可以快速設(shè)計(jì)制造模具，從而批量生產(chǎn)。 6.2 3D打印技術(shù)面臨的問(wèn)題 現(xiàn)在3D打印機(jī)還需要解決很多問(wèn)題，3D打印機(jī)價(jià)格偏高，材料價(jià)格虛高，外購(gòu)3D打印機(jī)和打印耗材的稅收也是相當(dāng)高，所以還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)普及。 3D打印機(jī)的速度也需要大幅度提升才能進(jìn)行真正意義上的大規(guī)模批量生產(chǎn)。 參考文獻(xiàn) ［1］許廷濤．3D打印技術(shù)［J］．電腦與電信，2012,9 :5-7． ［2］機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006． ［3］蔡恩澤．3D打印顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)［J］． 中國(guó)中小企業(yè)，2012,11 :46-47． [4] 劉厚才，莫健華,等.三維打印快速成形技術(shù)及其應(yīng)用 [ J]．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2008，9:12-14． [5] 陳步慶，林柳蘭，等．三維打印技術(shù)及系統(tǒng)研究 [J]．機(jī)電一體化，2005，（4）:31-32 [6] 楊小玲，周天瑞.《三維打印快速成形技術(shù)及其應(yīng)用》，浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,21(3):78-80.? 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[8]胡發(fā)宗，趙毅，等.《三維立體打印機(jī)的成形技術(shù)》，上海交通大學(xué),2012(8):16-18. 致 謝 時(shí)光匆匆，四年的大學(xué)生涯即將畫(huà)上句號(hào)。大學(xué)四年感謝孜孜不倦的老師，還有善良可愛(ài)同學(xué)們，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院陪伴了我四年，不但教會(huì)了我知識(shí)，更是讓我懂得了成長(zhǎng)需要的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，成熟與穩(wěn)重。 畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院的四年學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束。回望過(guò)去，四年的大學(xué)生涯，讓我在眾多老師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)了我未來(lái)所需的知識(shí)，也讓我在離家數(shù)千公里的保定有了另一個(gè)家，這里的老師和同學(xué)們就像我的家人一樣，那么的親切可愛(ài)。 在這里，首先我要感謝我的導(dǎo)師楊運(yùn)強(qiáng)教授。感謝老師的悉心指導(dǎo)我才能順利完成我的論文。在選題之前我對(duì)3D打印機(jī)特別感興趣，感謝老師對(duì)本選題的重視，從提綱、完成初稿、修改再到定稿都一一過(guò)問(wèn)，花費(fèi)了大量心血。導(dǎo)師對(duì)學(xué)生論文一絲不茍的精神深深促動(dòng)了我，也鼓勵(lì)我要成為這樣的人，不只是在對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)還是未來(lái)的路，都要認(rèn)真踏實(shí)的對(duì)待。 其次，我必須感謝父母對(duì)我學(xué)業(yè)的支持，雖然離家較遠(yuǎn)，但是父母的關(guān)心無(wú)時(shí)不在，讓我備受感動(dòng)。 然后，我要感謝大學(xué)所有的老師和同學(xué)們，謝謝你們的關(guān)心和鼓勵(lì)，謝謝你們的幫助與支持，讓我度過(guò)了一個(gè)有意義有陽(yáng)光的大學(xué)。 感謝在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候所有給我?guī)椭娜?，謝謝你們幫我戰(zhàn)勝困難，堅(jiān)持到最后完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝我的母校--中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院。 ?最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，和參與本人論文答辯的各位老師表示真誠(chéng)的感謝，謝謝。 邱陵 2015年4月20日 18 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯 系 別： 工程技術(shù)系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 邱陵 學(xué) 號(hào)： 05211601 2015年 4 月 1 日 3D打印機(jī) 3D打印技術(shù)（英語(yǔ)：3Dprinting），即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。過(guò)去其常