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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）： 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?。?
(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
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。特別是一些高價值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。“3D打印技術(shù)”意味著這項(xiàng)技術(shù)的普及。
3D打印技術(shù)出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是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。這一技術(shù)如今在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。 3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是無需機(jī)械加工或任何模具，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，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。
近年來,3D打印技術(shù)發(fā)展迅速,在各領(lǐng)域都取得了長足發(fā)展，已成為現(xiàn)代模型、模具和零部件制造的有效手段,在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，在工程和教學(xué)研究等領(lǐng)域也占有獨(dú)特地位。具體應(yīng)用領(lǐng)域包括：
1、機(jī)械制造：3D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件、自行車、步槍、賽車零件等。
2、醫(yī)療行業(yè)：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，借助3D打印制作假牙，股骨頭、膝蓋等骨關(guān)節(jié)技術(shù)應(yīng)用也非常廣，技術(shù)越來越成熟。
3、建筑行業(yè)：工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美，完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。
4、汽車制造行業(yè)：用3D打印技術(shù)為汽車公司制造 自動變速箱的殼體。汽車公司會對變速箱進(jìn)行各種極端狀況下的測試，其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后，再開模具，然后按照傳統(tǒng)制造方法批量生產(chǎn)，這樣成本就會大大降低。
5、教育：可應(yīng)用于模型驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)，用于不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)、教學(xué)。在北美的一些中學(xué)、普通高校和軍事院校，3D打印機(jī)已經(jīng)被用于教學(xué)和科研。
6、消費(fèi)品：可應(yīng)用于珠寶、服飾、鞋類、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設(shè)計(jì)和制造。
3D Printer
3D printing technology(English:?3Dprinting),?a?rapid prototyping technology,?itis a kind of digital?model files as the basis,?the use of powdered metal or plastic?material can be bonded,?to construct the object?layer by layer by way of printing?technology.?The past?is often in the mold manufacturing,?industrial design?and other fields?are used to manufacture the?model,?is?gradually?used for direct?manufacturing?of some products.?Especially for some high?valueapplications?(such as hip or?teeth,?or?some?parts of the plane)?has been?using this?technology to print?the?parts.?"3D printing technology"?means that thepopularization of?this technology.
3D printing,technology in?the mid 90's in last century,?is in fact a?quick forming device?using light?curing?and paper?laminating?technology.?It works?with the ordinary?printer?is basically the same principle,?the printer?is equipped withliquid or powder?"printing",?and?connect to the computer,?the?computer?controlto?"print"?a superimposed layers,?finally put?the?blueprint into?the physicalcomputer.?This technology?has been applied?in?many fields?now,?people use it to?make clothing,?building model,?car,?chocolate?desserts.?The most prominent advantage of 3D?printing technology?is?free of?any moldingor mechanical processing,?can be?directly generated?from the computer graphicsdata?in?any shape?parts,?thus greatly?shorten the product?development cycle,improve productivity and?reduce the production cost.
In recent years,?the rapid development of 3D printing technology,?the rapid development?has been made in?various fields,?has become an effectivemeans of modern?models,?mold?and parts manufacturing,?widely used?in aerospace,?automobile and motorcycle,?household appliances,?biomedical and other fields,?but also?holds the unique status in the?field of Engineeringand teaching research.?Specific?applications?include
1:?mechanical?manufacturing,?3D printing technology to produce aircraft parts,?bicycle,?car?parts,?such as?a rifle.
2,?the medical industry:?in the medical field,?with the help of 3D?print?dentures,femoral head,?knee?and other?joint?technology application?is very wide,technology is more and more?mature.
3,?the construction industry:?engineers and designers?have been?accepted?bybuilding?3D model?printer,?this?method is rapid,?low cost,?environmental protection,?at the same time,?produced exquisite,?fully in line with?the requirements of designers,?but also?can?save a lot of material.
4,?the automobile manufacturing industry:?the?3D printing technology to produce?automatic transmission?car company.?The car?company will be?all kinds of extreme?conditions?to test the?gearbox,?some parts?is to use 3Dprinting method?to do.?After?setting,?open?mold,?then?according to the traditional?manufacturing?methods of mass production,?so the cost?will be greatly reduced.
5,?education:?can be used in the?model to verify?scientific hypotheses,?fordifferent disciplines,?teaching?experiment.?Some high schools?in North America,?the?colleges and universities and?military academies,?3D printers have?been?used for teaching and scientific research.
6,?consumer goods: can be used in?jewelry,?clothing,?footwear,?toys,?creativeworks?in the design and manufacture of?DIY.
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)原等多個領(lǐng)域。
三、研究內(nèi)容
本報(bào)告研究的3D打印機(jī)的傳動系統(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)動電路驅(qū)動電機(jī),帶動噴頭進(jìn)行X、Y、Z三個方向的移動,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）： 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?。?
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)制造及其自動化
姓 名： 邱陵
學(xué) 號： 05211601
2015年 4月 1 日
4
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。整個過程根據(jù)模型大小、復(fù)雜程度、打印材質(zhì)和工藝耗時幾分鐘到數(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3D產(chǎn)業(yè)園區(qū)為3D打印企業(yè)提供了一個很好的平臺，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是一個開源的多平臺輕量級全能三維動畫制作軟件，提供從建模，動畫，材質(zhì)，渲染，到音頻處理，視頻剪輯的一系列動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Autodesk公司首次于1982年開發(fā)的自動計(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、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)用性上要打一個問號。①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？②精度問題：由于分層制造存在 “臺階效應(yīng)”，每個層次雖然很薄，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；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)
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[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.[J][2013-06].
[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.[J][2013-01-04]
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[11] 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）:31-32
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長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)中期考核表格2015
附表1
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期質(zhì)量檢查指標(biāo)表
檢查指標(biāo)
指標(biāo)內(nèi)涵及標(biāo)準(zhǔn)
選題質(zhì)量
選題方向和范圍
符合本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，能夠達(dá)到科學(xué)研究和實(shí)踐能力培養(yǎng)和鍛煉的目的，保證每個學(xué)生一人一題，且題目不能雷同
難易度
滿足專業(yè)培養(yǎng)方案中對素質(zhì)、能力和知識結(jié)構(gòu)的要求，難易適中，工作量適當(dāng)，通過學(xué)生努力能按期完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）各項(xiàng)工作
理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值
選題符合本學(xué)科專業(yè)的發(fā)展，符合科技、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，具有一定的科技、應(yīng)用的參考價值
能力水平
查閱和應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
能獨(dú)立檢索中外文獻(xiàn)資料，對資料進(jìn)行分析、綜合、歸納等整理，并能對所研究問題的現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，提出存在的問題或進(jìn)一步發(fā)展的方向
綜合運(yùn)用知識能力
能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識，對課題所研究問題進(jìn)行分析、論述，研究目標(biāo)明確，內(nèi)容具體，且具有一定的深度
研究方法
熟練運(yùn)用本專業(yè)的方法、手段和工具開展畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
實(shí)踐研究
研究方法科學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，理論分析與計(jì)算準(zhǔn)確，結(jié)果正確；有較強(qiáng)的實(shí)際動手能力和現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用能力
外文應(yīng)用
論文外文摘要、關(guān)鍵詞翻譯準(zhǔn)確
學(xué)習(xí)態(tài)度
論文寫作態(tài)度
學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，論文完全符合規(guī)范化要求
主動聯(lián)系教師情況
及時主動的與指導(dǎo)教師取得聯(lián)系，溝通解決論文寫作過程中遇到的問題
論文完成進(jìn)度
按照開題報(bào)告中的任務(wù)要求按期完成論文寫作的任務(wù)
撰寫質(zhì)量
文題相符
主題鮮明，觀點(diǎn)正確，重點(diǎn)突出，論文緊扣主題
內(nèi)容與
寫作
能夠完整地反映實(shí)際完成的工作，概念清楚，內(nèi)容正確，數(shù)據(jù)可靠，結(jié)果可信
結(jié)構(gòu)與
水平
結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，立論正確，論據(jù)充分，論證嚴(yán)密，分析深入，結(jié)論正確
寫作規(guī)范
行文表述規(guī)范，標(biāo)點(diǎn)、符號、計(jì)量單位、圖表、曲線等的運(yùn)用和引用均符合各學(xué)科、各專業(yè)的規(guī)定及符合我院的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作的相關(guān)規(guī)范要求
篇 幅
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）材料齊備，用中文撰寫的正文字?jǐn)?shù)一般在8000字以上（英語撰寫的字?jǐn)?shù)不少于4000個單詞，日語撰寫的字?jǐn)?shù)不少于8000個假名）
附表2：
長城學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
系： 工程技術(shù)系 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 檢查日期：2015.4.7
學(xué)生姓名
邱陵
論文題目
3D打印機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
任務(wù)書
已完成（ √ ），進(jìn)行中（ ）
參考文獻(xiàn)
10 篇：其中外文文獻(xiàn) 1 篇
外文翻譯
已完成（ √ ），進(jìn)行中（ ）；完成字?jǐn)?shù)約： 4000 字（翻譯成的漢字字?jǐn)?shù)）
開題報(bào)告
已完成（ √ ），進(jìn)行中（ ）；完成字?jǐn)?shù)約： 5000 字
正文
已完成（ √ ），進(jìn)行中（ ）；完成比比例： 100 %
已完成的
任務(wù)
目前完成了開題報(bào)告，外文翻譯，設(shè)計(jì)說明書的撰寫以及部分圖紙的繪制。
待完成的
任務(wù)
部分圖紙尚未完成。
存在的
問題
一些標(biāo)注不合理。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太簡單，實(shí)用性差，不足以用于實(shí)際生產(chǎn)。
采取的
辦法
查閱資料，對設(shè)計(jì)上出現(xiàn)的錯誤予以改正。
指導(dǎo)教師
意見
建議多聯(lián)系實(shí)際，多考慮實(shí)際制造生產(chǎn)方面的問題。
指導(dǎo)教師簽名：
注：按表中的要求填寫，選項(xiàng)打鉤（√）；
附表3
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）教師指導(dǎo)記錄表
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目
3D打印機(jī)
學(xué)生姓名
邱陵
系（部）
工程技術(shù)系
學(xué)生學(xué)號
05211601
專業(yè)班級
機(jī)制6班
指導(dǎo)教師姓名
楊運(yùn)強(qiáng)
職稱
教授
主要指導(dǎo)內(nèi)容：收集資料，并整理資料完成論文任務(wù)書。編寫論文提綱，撰寫開題報(bào)告。
指導(dǎo)時間：2015年 1 月 1 日
主要指導(dǎo)內(nèi)容：編寫論文提綱，撰寫開題報(bào)告。
指導(dǎo)時間： 2015年 1 月 8 日
主要指導(dǎo)內(nèi)容：實(shí)習(xí)尋找資料，并深入理解3D打印機(jī)。
指導(dǎo)時間：2015年 2 月 1 日
主要指導(dǎo)內(nèi)容：撰寫論文，初步完成論文。
指導(dǎo)時間：2015年 4 月 3 日
注：此表由指導(dǎo)教師按畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的主要工作階段填寫主要指導(dǎo)內(nèi)容。
系主任簽字（蓋章）：
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?。ㄈS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）： 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??；
(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)原等多個領(lǐng)域。
三、研究內(nèi)容
本報(bào)告研究的3D打印機(jī)的傳動系統(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)動電路驅(qū)動電機(jī),帶動噴頭進(jìn)行X、Y、Z三個方向的移動,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）： 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?。?
4. 提交AutoCAD圖紙電子版并打印圖紙。
七、參考文獻(xiàn)
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[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)”。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)故臁⒕_，且價格有所降低。
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。整個過程根據(jù)模型大小、復(fù)雜程度、打印材質(zhì)和工藝耗時幾分鐘到數(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3D產(chǎn)業(yè)園區(qū)為3D打印企業(yè)提供了一個很好的平臺，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是一個開源的多平臺輕量級全能三維動畫制作軟件，提供從建模，動畫，材質(zhì)，渲染，到音頻處理，視頻剪輯的一系列動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Autodesk公司首次于1982年開發(fā)的自動計(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、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)用性上要打一個問號。①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？②精度問題：由于分層制造存在 “臺階效應(yīng)”，每個層次雖然很薄，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；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)
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3D打印機(jī)傳動系統(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
printer?instructions,?this?section?will be?the?3D printer to print out the cumulative?replication?model.?The article on the 3D?3D printer?printing technology,?the domestic and foreign research,?the advantage of?3D printerproblems faced?to do a comprehensive?introduction,?summarized the?working principle and characteristics of?3D printer?and its development trend?and prospect of?3D printer?the future development?and
breakthrough,?expounds the?overall scheme and structure?design,?the 3D printer?mechanical structure and?motor and?sensor selection.
Key words：3D printer;?future development;?development?breakthrough;scheme design
目 錄
引言 1
1緒論 2
1.1 國內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2
1.1.1 國外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2
1.1.2國內(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 2
1.2.1 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展前景 2
1.2.2 3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢 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 傳動方式的選擇 7
3.2 轉(zhuǎn)動慣量的計(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)的對比 9
4.2 直流交流伺服電機(jī)對比 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)動的控制 11
4.6 振動和噪音 12
5 傳感器 12
5.1 溫度傳感器對比 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
隨著時代的進(jìn)步，我們的生活水平不斷提高，與此同時，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。現(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)。
0
1 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3D打印產(chǎn)業(yè)區(qū)，為眾多生產(chǎn)商提供了一個聚集生產(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1988～2010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，同時噴頭將半流體狀態(tài)下的材料擠壓出來，材料瞬時凝固形成有輪廓的薄層。
圖1是3D打印機(jī)的簡易示意圖. 這個過程是首先鋪粉輥從左到右移動,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，有時需要數(shù)周，直接建模之后增量生產(chǎn)，短時間之內(nèi)就能將一個模型制作出來。
3． 個性化制作。 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?？?，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)動電機(jī)，從而控制噴頭在X，Y，Z三個方向的移動，同時噴出系統(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。
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，就像噴墨打印機(jī)的原理，這樣結(jié)合就使得每一個平面的二維打印進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維打印。
2.5噴頭移動及噴出量調(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，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傳動方式的選擇
支持直線運(yùn)動的傳動方式主要是螺桿，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)的傳動設(shè)計(jì)一般都是在水平方向使用帶傳動,垂直方向用螺桿。
滾珠絲杠和滑動絲杠的選擇：滾珠絲杠效率高，傳動速度高；滑動絲杠有自鎖性，價格低。
滾珠絲杠是如今精密器械最常用的傳動元件，傳動效率可達(dá)90%以上，是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動，傳動效率可達(dá)90%以上。
①與滑動絲桿相比驅(qū)動力矩為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運(yùn)動的滾珠，所以運(yùn)動效率比較高，跟滑動絲杠副相比，驅(qū)動力矩在1/3以下，效率可以達(dá)到滑動絲杠副的三倍，節(jié)省電力。
②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。
③使用壽命高
滾珠絲杠副所受損傷比滑動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。
④價格差異不大
如今的自動化設(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)和滑動絲杠副的價格差異越來越小。
3.2轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算
滾珠絲杠依采用JB/T9893—1999，長度=1m，公稱直徑=12mm，公稱導(dǎo)程mmPh40.
對本體系來說，絲杠傳動折算到馬達(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)動慣量；J1=0.0018kg. m2?；
Z2——齒輪2?的轉(zhuǎn)動慣量，取J2=0.0018kg. m2?；
Js——絲杠轉(zhuǎn)動慣量，kg. m2?；
Jw----為工作臺折算到絲杠上的動慣量；?
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，主要是由兩個齒輪的轉(zhuǎn)動慣量來決定的，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個色點(diǎn)，每兩個色點(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距離d=0.07×2=0.14mm，噴墨和噴粘劑各一次，兩個噴頭同步噴出。
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4mm/0.005mm=800(個)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3000，上位機(jī)脈沖的能力在800×3000/60=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=（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)動過程的需要可分為驅(qū)動伺服和驅(qū)動步進(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)在低速時容易出現(xiàn)低頻振動現(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)速時會急劇下降，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)動器每接收131072個脈沖電機(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)，即便在低速時也不會出現(xiàn)振動現(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^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)速所需時間非常短，一般在200—400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)。與直流電動機(jī)相比，相同體積的交流電動機(jī)要比直流電動機(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：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，需要在最短的時間內(nèi)進(jìn)行加減速。步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩在高速時很低，但是在低速卻很平穩(wěn)。
4.5.1 直線加速度運(yùn)動
電機(jī)負(fù)載為TL，要從F0 在最短時間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
電機(jī)負(fù)載為TL，要從F0 在最短時間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 振動和噪音
步進(jìn)電機(jī)空載時，在200pp振動最為嚴(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區(qū)，使電機(jī)的工作頻率不在這個范圍內(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軸傳動使用帶傳動，Z軸使用的是滾珠絲杠。傳感器的位置在傳動路線終點(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性化的產(chǎn)品。
5. 節(jié)省勞動成本，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)價格偏高，材料價格虛高，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)
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致 謝
時光匆匆，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了我，也鼓勵我要成為這樣的人，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)心無時不在，讓我備受感動。
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，謝謝你們的幫助與支持，讓我度過了一個有意義有陽光的大學(xué)。
感謝在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時候所有給我?guī)椭娜耍x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
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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