3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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)
本科畢業(yè)生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))誠信承諾書畢業(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 日中國地質(zhì)大學(xué)長城學(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 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))誠信承諾書畢業(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 日中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名邱陵班級機(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)開題報(bào)告(闡述課題的目的、意義、研究現(xiàn)狀、研究內(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打印(三維打印 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,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、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(長寬高): 200mm200mm200mm;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2.0萬左右; (2)外文資料翻譯不少于3千漢字(或2萬印刷符);(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.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)研本課題國內(nèi)外研究情況及存在問題;寫出調(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)撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書,字?jǐn)?shù)不少于5000字,且打印輸出并裝訂、格式一律參照“中國地質(zhì)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)寫作規(guī)范”要求,提交畢業(yè)設(shè)計(jì)Word文檔電子版并打印; (8)提交AutoCAD圖紙電子版并打印圖紙。 指導(dǎo)教師意見:指導(dǎo)教師簽名:年 月 日教研室意見:審查結(jié)果: 同 意 不 同 意教研室主任簽名:年 月 日中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué)生姓名邱陵學(xué)號05211601專業(yè)班級11級機(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)開題報(bào)告(闡述課題的目的、意義、研究現(xiàn)狀、研究內(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3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn),它無需機(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,通過逐層打印的方式來構(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,通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來,最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。二、研究現(xiàn)狀在國外經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展,3D打印技術(shù)有了長足的進(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。在國內(nèi),自20世紀(jì)90年代以來,國內(nèi)多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。近年來,國內(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)是由海外歸國團(tuán)隊(duì)建立,規(guī)模較小,產(chǎn)品技術(shù)與國外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前,國產(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、研究內(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)對模型進(jìn)行分析,切片,建立 必要的支撐結(jié)構(gòu),再從單片機(jī)輸出控制指令,控制噴頭型材料融化,并通過一定的驅(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(長寬高): 200mm200mm200mm;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2.0萬左右; (2)外文資料翻譯不少于3千漢字(或2萬印刷符);(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 編寫論文提綱,撰寫開題報(bào)告,進(jìn)行開題。3、2015-01-08至2015-01-20 實(shí)習(xí)期間進(jìn)行一步查找資料,作社會調(diào)查。4、2015-01-21至2015-02-20 撰寫論文,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)研本課題國內(nèi)外研究情況及存在問題;寫出調(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. 撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書,字?jǐn)?shù)不少于5000字,且打印輸出并裝訂、格式一律參照“中國地質(zhì)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)寫作規(guī)范”要求,提交畢業(yè)設(shè)計(jì)Word文檔電子版并打印; 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.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M北京大學(xué)出版社,2012指導(dǎo)教師意見:指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日教研室意見:審查結(jié)果: 同 意 不 同 意教研室主任簽名:年 月 日中國地質(zhì)大學(xué)長城學(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: 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打印(3D 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,通過逐層打印的方式來構(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)”??焖俪尚图夹g(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,早期并沒有得到推廣普及。經(jīng)過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,通過電腦控制采用分層加工,疊加成型的方式來“造型”,會將設(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,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,加工過程僅需確定所需塑料、樹脂、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)。它無需生產(chǎn)線,亦可制造那些常規(guī)方法無法生產(chǎn)的奇形怪狀的零件。三維打印的設(shè)計(jì)過程是:先通過計(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,需要通過打印機(jī)配備的專業(yè)軟件來進(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有毛刺或是粗糙的截面。這時(shí)需要對模型進(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)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 在國外經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展,3D打印技術(shù)有了長足的進(jìn)步,美國加州大學(xué)最新開發(fā)的“輪廓工藝”技術(shù),在美國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。在國內(nèi),多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。根據(jù)美國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,國內(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,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(不包括其余過程中的常用的操作軟件)。模型的設(shè)計(jì)可以說是整個(gè)3D打印過程的核心部分,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)開源的多平臺輕量級全能三維動(dòng)畫制作軟件,提供從建模,動(dòng)畫,材質(zhì),渲染,到音頻處理,視頻剪輯的一系列動(dòng)畫短片制作解決方案。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(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)作過程的設(shè)計(jì)工具,其創(chuàng)作過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。googleSketchUp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Autodesk公司首次于1982年開發(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)成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面,通過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)會使用。在不斷實(shí)踐的過程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開發(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3D打印制造出來的產(chǎn)品 在實(shí)用性上要打一個(gè)問號。強(qiáng)度問題:房子、車子固 然能“打印”出來,但是否能抵擋得住風(fēng)雨,是否能在 路上順利跑起來?精度問題:由于分層制造存在 “臺階效應(yīng)”,每個(gè)層次雖然很薄,但在一定微觀尺度 下,仍會形成具有一定厚度的一級級“臺階”,如果需 要制造的對象表面是圓弧形,那么就會造成精度上的偏 差;材料的局限性:目前供3D打印機(jī)使用的材料非 常有限,無外乎石膏、無機(jī)粉料、光敏樹脂、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.2013-07-13.2 劉紅光,楊倩,劉桂鋒,劉瓊. 國內(nèi)外3D打印快速成型技術(shù)的專利情報(bào)分析.J2013-06.3 王忠宏,李揚(yáng)帆,張曼茵.中國3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路.J2013-01-044 李青.3D打印一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù).C2013-05-155 LamC;MoXScaffolddevelopmentusing3Dprintingwithastarch-basedpolymer2002(C20) 6 RoweCWMultimechanismoraldosageformsfabricatedbythreedimensionalprinting外文期刊2000(01) 7 許廷濤3D打印技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)新思維J電腦與電信,2012,9 :5-78 古麗萍 蓄勢待發(fā)的3D打印機(jī)及其發(fā)展J 數(shù)碼印刷2011,10 :64-679 蔡恩澤3D打印顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)J 中國中小企業(yè),2012,11 :46-4710 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),2008,9:12-1411 劉厚才,莫健華,等.三維打印快速成形技術(shù)及其應(yīng)用,機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2007,27(9):23-26.12 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):31-3213 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):16-18.3D打印機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 打印機(jī)發(fā)出指令,這樣3D打印機(jī)打印出來的的切片就會逐漸累積復(fù)制模型.文章對3D打印技術(shù)、3D打印機(jī)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、3D打印機(jī)的優(yōu)勢極其面臨問題等做了綜合介紹,綜述了3D打印機(jī)工作原理和特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢并展望了3D打印機(jī)未來的發(fā)展和突破,闡述了本文3D打印機(jī)的總體方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)與傳感器的選擇.關(guān)鍵詞:3D打印機(jī);未來發(fā)展;發(fā)展突破;方案設(shè)計(jì)ABSTRACT printerinstructions,thissectionwill bethe3D printer to print out the cumulativereplicationmodel.The article on the 3D3D printerprinting technology,the domestic and foreign research,the advantage of3D printerproblems facedto do a comprehensiveintroduction,summarized theworking principle and characteristics of3D printerand its development trendand prospect of3D printerthe future developmentandbreakthrough,expounds theoverall scheme and structuredesign,the 3D printermechanical structure andmotor andsensor selection.Key words:3D printer;future development;developmentbreakthrough;scheme design目 錄引言1 1緒論21.1國內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀21.1.1 國外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀21.1.2國內(nèi)3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 21.23D打印機(jī)的發(fā)展趨勢21.2.1 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展前景 21.2.2 3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢 31.33D打印機(jī)的工作原理及特點(diǎn)31.3.1 3D打印的工作原理31.3.2 3D打印的特點(diǎn)41.4發(fā)展創(chuàng)新與突破41.4.1 3D打印應(yīng)用領(lǐng)域拓展延伸51.4.2 3D打印速度尺寸及技術(shù)日新月異51.4.3 設(shè)計(jì)平臺革新52 總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.1引言52.2總體框架的設(shè)計(jì)62.3溫度控制回路的設(shè)計(jì)62.4XYZ三方向控制電機(jī)的設(shè)計(jì)62.5噴頭移動(dòng)及噴出量調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)73 機(jī)械結(jié)構(gòu)73.1傳動(dòng)方式的選擇73.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算83.3噴頭的選擇84 電機(jī)的選擇94.1伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的對比94.2直流交流伺服電機(jī)對比104.3負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算114.4打印速度的初步估計(jì)114.5加速和減速運(yùn)動(dòng)的控制114.6 振動(dòng)和噪音125 傳感器125.1溫度傳感器對比125.2機(jī)械位置傳感器145.3壓力傳感器156 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及面臨問題176.13D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)176.23D打印技術(shù)面臨的問題17參考文獻(xiàn)18致謝19中國地質(zhì)大學(xué)長城學(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),人口的增長形成了鮮明的對比,我們需要更多的商品來滿足物質(zhì)生活的條件。這肯定會引起我們對商品的需求也將越來越高,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一層一層地印刷技術(shù)來構(gòu)造對象。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,人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜點(diǎn)。01 緒論1.1 國內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀1.1.1 國外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 經(jīng)過十年的探索和發(fā)展,3D打印技術(shù)在國外已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,加州大學(xué)的新開發(fā)的“等值過程”技術(shù),在美國國家航空航天局(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 國內(nèi)3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀在國內(nèi),已經(jīng)有多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。根據(jù)美國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,國內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)開始研發(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。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,我國在航空、航天等眾多領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛使用大型復(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1.2.1 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來發(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19882010年間保持著26.2%的年均增長速度。近幾年更是增長迅速,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3D打印產(chǎn)業(yè)近兩年開始迅猛發(fā)展,我國已經(jīng)有幾家年銷售額過億的3D打印企業(yè),并且隨著EOS,Formlabs,3D Systems等國外知名的3D打印企業(yè)在國內(nèi)大幅拓展中國市場,對我國的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,所以材料問題是未來3D打印產(chǎn)業(yè)不得不解決的問題。隨著金屬粉末設(shè)備的迅速發(fā)展,未來對金屬粉末的需求會大大增加,所以國內(nèi)對于金屬粉末的投資力度也越來越大。1.2.2 3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢最初的3D打印技術(shù)是用來驗(yàn)證工業(yè)的設(shè)計(jì)方案,再生成模型,對于創(chuàng)新為核心的3D打印技術(shù),在未來的發(fā)展中一定會進(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。傳統(tǒng)工業(yè)都是采用減法工藝,通過車、銑、刨、摩、鉆等切削工藝對材料進(jìn)行加工,這種工藝對材料有很大的浪費(fèi),復(fù)雜的工序也需要很長的制作周期。而3D打印機(jī)就很好的解決了這樣的問題,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,之后簡稱FDM).FDM是目前使用最為廣泛的3D打印工藝,通過加熱頭把熱熔性材料(如ABD樹脂、尼龍等)加熱到半流體狀態(tài),然后加熱頭會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,材料瞬時(shí)凝固形成有輪廓的薄層。圖1是3D打印機(jī)的簡易示意圖. 這個(gè)過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,主要優(yōu)勢如下: 1 精度高。 一開始的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,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。 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,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??欤缃窠饘偈细叻肿硬牧隙伎梢詰?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)為它將會改變我們的世界,可以看到人們已經(jīng)開始關(guān)注并且對它感興趣。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,3D打印機(jī)的打印速度會達(dá)到甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1000mm每秒的夢想。1.4.3 設(shè)計(jì)平臺革新3D打印未來民用化已是大勢所趨,如何使其簡單化也是重點(diǎn),現(xiàn)在已經(jīng)有部分企業(yè)著重于推出簡單成熟的3D設(shè)計(jì)平臺,并且大力開發(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,為未來的工業(yè)帶來了更加廣闊的未來。本文是針對3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對各個(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,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?;谝陨暇C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)來傳達(dá)命令??刂苹芈返捻樞蛉缦拢涸O(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)過內(nèi)徑極小的噴嘴以直徑很小的絲狀噴出,經(jīng)過單片機(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。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。無間隙、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。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,只要清潔和潤滑達(dá)到要求,滾珠絲杠副的使用壽命可以高很多。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)格差異越來越小。3.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算滾珠絲杠依采用JB/T98931999,長度=1m,公稱直徑=12mm,公稱導(dǎo)程mmPh40.對本體系來說,絲杠傳動(dòng)折算到馬達(dá)軸上的總慣量為:Jt=Z1+1/i2Z2+JS+JW(kg.m2)其中i是兩齒輪的傳動(dòng)比,設(shè)i=Z1/Z2=1其他符號說明如下: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-為工作臺折算到絲杠上的動(dòng)慣量;W工作臺重量,工作臺輕,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=1/4D2pl*1/8D2=3.14*0.0124*1.0*7800/32=1.59*10-5( kg.m2 )Jw=6*0.0042/(9.8*42)=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)慣量來決定的,這樣對電機(jī)的功率輸出要求不那么過于嚴(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的分辨率來思考,則每英寸25.4mm對應(yīng)360個(gè)色點(diǎn),每兩個(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=0.072=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)),對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3000,上位機(jī)脈沖的能力在8003000/60=40000r/s,對應(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=(131072100)/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,通過上位機(jī)的脈沖能力計(jì)算,等對比實(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,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)會急劇下降,所以最高工作轉(zhuǎn)速在300600r/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),通常情況下不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過載現(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啟快速停止的控制場合。開環(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/min3000r/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^載能力,所以通常需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)來克服慣性力矩,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200400毫秒。4.2交流直流伺服電機(jī)對比伺服電機(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2070的輸出功率。4.3 負(fù)載的分類(1)Tf力矩負(fù)載:Tf = Gr G 重物重量 r 半徑 (2)TJ慣性負(fù)載:J = M(R12+R22)/ 32 (Kgcm)M:質(zhì)量R1:外徑R2:內(nèi)徑TJ = Jdw/dt dw/dt 為角加速度 4.4 力矩曲線圖的說明 步進(jìn)電機(jī)的輸出特性可以用力矩曲線圖表現(xiàn),下面對力矩曲線圖的關(guān)鍵詞做出說明。 說明:1. 工作頻率點(diǎn):步進(jìn)電機(jī)在該點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。單位:Hzn=*Hz / (360*D)n 轉(zhuǎn)/秒Hz 該點(diǎn)的頻率值D 電路的細(xì)分值, 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TL,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。Btr = 1.8*10-5*J*(F1-F0)/ (TJ-TL)C.()() , 0 t tr 4.5.2 指數(shù)加速運(yùn)動(dòng) 電機(jī)負(fù)載為TL,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,TJ =70% Tm,TL=60%Tm1Btr = F4*ln(TJ0-TL)/(TJ1-TL)C.()F2*1-e(-t/F4) , 0 t tr 其中,F(xiàn)2=(TL-TJ0)*(F1-F0)/(TJ1-TJ0)F4=1.8*10-5*J*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 溫度傳感器對比溫度傳感器的接觸式特別適合1200以下、熱容大、無腐蝕性對象的連續(xù)在線測溫,并且接觸式測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、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-50150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噴頭的噴出量以及粉末使用量,在分量不夠或者超過的時(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,對材料的使用率高,基本上可以做到無消耗。 4.材料種類多,推出新材料的速度也越來越快,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)面臨的問題現(xiàn)在3D打印機(jī)還需要解決很多問題,3D打印機(jī)價(jià)格偏高,材料價(jià)格虛高,外購3D打印機(jī)和打印耗材的稅收也是相當(dāng)高,所以還沒有實(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 :5-72機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20063蔡恩澤3D打印顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)J 中國中小企業(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. 7王金娥等機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M北京大學(xué)出版社,2012 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)生涯即將畫上句號。大學(xué)四年感謝孜孜不倦的老師,還有善良可愛同學(xué)們,中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院陪伴了我四年,不但教會了我知識,更是讓我懂得了成長需要的責(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地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院的四年學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束?;赝^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)了我未來所需的知識,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。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3D打印機(jī)特別感興趣,感謝老師對本選題的重視,從提綱、完成初稿、修改再到定稿都一一過問,花費(fèi)了大量心血。導(dǎo)師對學(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,不只是在對待畢業(yè)設(shè)計(jì)還是未來的路,都要認(rèn)真踏實(shí)的對待。其次,我必須感謝父母對我學(xué)業(yè)的支持,雖然離家較遠(yuǎn),但是父母的關(guān)心無時(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,讓我度過了一個(gè)有意義有陽光的大學(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-中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院。 最后,我要向百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱,和參與本人論文答辯的各位老師表示真誠的感謝,謝謝。 邱陵 2015年4月20日18中國地質(zhì)大學(xué)長城學(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: 05211601 2015年 4 月 1 日3D打印機(jī)3D打印技術(shù)(英語: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,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常
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