基于3D打印的齿轮系设计与制作【原创含SW三维及6张CAD图带文献综述+外文翻译】
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基于3D打印的齿轮系设计与制作【含SW三维及6张CAD图带文献综述+外文翻译】
【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
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充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609I基于 3D打印的齿轮系设计与制作摘要： 本文介绍了 3D打印的基本概念、基于激光和喷墨 3D打印的原理、发展趋势以及 3D打印的局限性，同时介绍了 3D打印机的工作原理、分类以及 3D打印材料等内容。本论文还针对带式传送机设计出二级展开式减速器，根据给出的零件尺寸要求，计算并设计出结构合理、性能优良的齿轮系统的关键部件结构及其尺寸。然后通过数据导入，利用 SolidWorks画出齿轮和上箱体的三维模型图，再将实体建模的图形转化成 3D打印机可识别的格式，然后对零件进行切片处理，打印机系统会生成 G-code切片数据，计算机根据切片数据可以控制打印机喷头的行径轨迹，最后将减速器器的齿轮和上箱体制作出来。通过打印减速器的关键零件，熟悉 3D打印的基本原理以及打印过程，了解对制作出来的零件后期处理的方法。关键词：3D 打印；SolidWorks；齿轮系统设计；后处理充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609IIGear Design and Production Based on 3D PrintingAbstract: This article describes the basic concepts of 3D printing, principles and trends of laser and inkjet 3D printing, and the limitations of 3D printing. At the same time, it introduces the working principles, classification, and 3D printing materials of 3D printers. This paper also designs a two-stage unfolding reducer for the belt conveyor. According to the given part size requirements, the key components of the gear system with reasonable structure and excellent performance are calculated and designed. Then through data import, using SolidWorks to draw a three-dimensional model of the gear and the upper box, the solid modeled graphics into 3D printer identifiable format, and then slicing parts, the printer system will generate G-code slice data Depending on the slice data, the computer can control the trajectory of the printers nozzle. Finally, the reducer gear and the upper case are manufactured. By printing the key parts of the reducer, familiarize yourself with the basic principles of 3D printing and the printing process, and learn about the post-processing methods for manufactured parts.Keywords: 3D printing; SolidWorks; gear system design; post processing充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609III目录摘要 .目次 .1 绪论 .11.1 3D打印的概念 .11.2 3D打印原理 .11.2.1 基于激光的 3D打印技术原理 .11.2.2 基于喷墨的 3D打印技术原理 .21.3 3D打印的发展趋势 .21.4 3D打印发展瓶颈 .31.4.1 基于激光的 3D打印设备的主要问题 .31.4.2 基于喷墨的 3D打印设备的主要问题 .42 3D打印机的概述 .42.1 3D打印技术的概念 .42.2 3D打印机的工作原理 .52.3 3D打印机的种类 .52.3.1 LOM 3D打印机 .62.3.2 SLA 3D打印机 .72.3.3 FDM 3D打印机 .72.3.4 SLS 3D打印机 .82.3.5 3DP 3D打印机 .92.3.6 SLM 3D打印机 .92.3.7 DLP 3D打印机 .102.4 3D打印机主要的性能及其参数 .112.4.1 机器设备的尺寸 .112.4.2 机器设备能够打印的材料 .112.4.3 机器打印的移动速度，打印层厚，以及定位精度 .112.4.4 机器的软件要求 .112.4.5 喷嘴的直径 .112.4.6 材料的线径 .112.5 打印零件的材料 .122.5.1 工程塑料 .122.5.2 光敏树脂 .122.5.3 橡胶类材料 .122.5.4 金属材料 .122.5.5 陶瓷材料 .122.5.6 其他 3D打印材料 .123 齿轮系统的设计 .123.1 系统设计的依据和参数 .133.2 传动参数的总体设计 .133.2.1 传动方案的确定 .13充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609IV3.2.2 电动机的选择 .133.2.3传动比的计算及分配 .143.2.4 传动装置的运动和参数计算 .143.3 带的设计计算 .153.3.1 确定设计功率并选择带型 .153.3.2 带的基本参数计算 .153.3.3带轮的结构设计 .163.4 传动零件的设计计算 .163.4.1高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 .163.4.2初步计算传动的主要尺寸 .173.4.3 低速斜齿圆柱齿轮的设计 .193.4.4 斜齿轮圆柱齿轮上作用力的计算 .203.4.5 中间轴的设计计算 .213.4.6 低速轴的设计 .253.5 箱体结构设计 .283.6 装配图和主要零件图 .294 3D打印流程 .304.1 打印的零件 .304.2 打印机和打印材料的选择 .304.3 计算机辅助设计 .314.4 切片处理 .324.4.1 齿轮的切片处理 .324.4.2 上箱体的切片处理 .344.5 齿轮和上箱体后期处理 .365 结论 .38参考文献 .39致谢 .40充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 1 页 共 40页1 绪论1.1 3D打印的概念“3D打印”在业内有很多术语，可以将其称为“快速成型技术”(Rapid Prototype)，也能将它称为“增材制造技术 ”(Add material manufacture)，也可以称为“RPM 技术” ，即“快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing”。3D 打印技术出现的时间是在 20世纪末期，它采用材料堆积的方法，逐步发展成为制造业中的一种高新技术，在制造业发展中有着举足轻重的作用，是近几十年来公认的最重大成果之一。英国著名杂志经济学人曾描述 3D打印技术将改变传统的生产方式，其发展空间广阔，很可能推动第三次工业革命早日到来。1.2 3D打印原理将三维建模的模型先离散化，再将离散后的数字模型导入计算机中，在计算机控制下，离散后的数字模型进行逐层加工，这样数字模型就被转换成立体的实体模型，这就是 3D打印技术的基本原理。下面介绍两种最为常见的 3D打印技术：1.2.1 基于激光的 3D打印技术原理 基于激光的 3D打印技术研发的 3D打印机，材料的成型的方式通常由两种，一种是利用激光束照射打印材料，使其固化成型，另外一种是利用激光烧结粉末材料。激光烧结技术原理为：工作前将预先准备好的粉末材料倒入粉末缸中，如果粉末材料是金属粉末，还需要将整个工作台加热，加热到一定温度可以减少金属粉末在激光烧结的过程中发生热变形的程度，利于层与层之间可以更好的结合，以此保证成型零件的加工精度。工作时，粉末缸在活塞的推动下缓慢上升，粉末在滚压机的作用下，均匀的平铺在工作活塞上。然后激光束对平铺在工作活塞上的粉末进行烧结，被烧结的粉末材料积聚成型，未被烧结的材料散落在粉末缸中，这样就形成了零件的一层表面。此时，工作缸下降，又有新的一层粉末散落在工作缸上，滚压机再将散落的粉末均匀的平铺再活塞上，激光再次烧结便形成了新的一层零件轮廓。这样不断的循环加工，层层烧结叠加，三维零件就会被完整加工出来。光固化技术的原理与激光烧结技术原理稍有不同，首先是加工的材料不同，光固化技术的材料是树脂。加工时，树脂与支撑材料之间形成一层截面，这层截面在激光束的照射下会被固化成型。这样往复的重复该过程，截面一层一层的累加，成型件就会被加工出来。将多余的粉末去除，对零件的模型的表面进一步处理后，零件就被最终加工完成。充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 2 页 共 40页图 1.1 激光打印机原理图1.2.2 基于喷墨的 3D打印技术原理喷墨打印机与激光打印机不同，利用喷头喷射粘结剂将粉末材料粘结成型。工作前，粉末散落在在工作台上，铺粉辊开始转动，散落的粉末被均匀的分布在工作台上。利用喷头喷射粘结剂，粉末在粘结剂的作用下凝结成型，形成了一层截面。喷头的运行轨迹受计算机控制，计算机根据离散的数字模型信息控制喷射轨迹。当零件的一层截面成型后，工作台下降一个层厚，再次进行铺粉和喷黏结剂以形成零件另一层截面的加工。这样不断的循环加工，层层凝结成型，三维零件就会被加工出来。为了能够加强凝结的强度，可以将加工成型的零件用胶水或者蜡液在其表面进行固化处理。改变粘结剂的颜色，还可以制作出色彩缤纷的原型件。理论上说，可以利用 3D打印机打印出任何三维实体模型。在实际的加工生产中，3D 打印的应用范围也非常广泛，随着近几十年的发着，打印技术在生物医疗、建筑工程、模具制造、传统制造业、国防军工、配件饰品行业等众多行业都有应用。图 1.2 喷墨打印机原理图1.3 3D打印的发展趋势3D打印技术的应用将改变传统制造业生产模式，将对制造工艺、制造技术和制造模式三个方向带来重大革新。一是改变了传统的制造工艺。3D 打印原理加工零件的过程属于加式制造，充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 3 页 共 40页不需要切割材料，可以将零件直接加工出来，少了很多中间环节。不但节省了原材料，而且大大缩减了加工时间，改变了传统的制造工艺方法。例如，在航空航天工业领域中 3D打印技术就得到了广泛应用。用于航空航天的金属材料通常是固体钛，而固态钛的价格十分昂贵，如果采用传统的切削加工，切削下来的材料对飞机的生产制造没有任何作用。传统的加工制造无疑对材料造成很大的浪费，飞机的制造成本将会大大增加。空客的母公司欧洲宇航防务集团( EADS)生产制造的飞行器就是采用 3D打印技术，用钛粉末打印制造飞行器的部件而减少制造成本。其研究人员指出，用 3D打印制造出来的部件与传统的加工制造相比，可以节约 90%的原材料，而且与传统加工制造的部件具有同样的使用寿命。二是革新了制造技术。3D 打印技术是建立在多门学科与知识的基础上发展起来的高新技术，综合应用了激光技术、光化学、数字建模技术等学科。3D 打印技术是新型的制造技术，打破了传统的制造工艺，对促进智能制造及其相关产业的的发展起到了积极的作用。三是改变了制造模式。自第二次工业革命以来，机械制造的生产方式主要以装配生产线为主，而 3D打印将会打破这种传统的生产线模式，使产品生产特点更加的个性化和定制化。在不久的将来，或许消费者只要提供设计图，并将数据传输给 3D打印机，就可以在短时间内将产品直接“打印出来” 。随着 3D打印技术的普及及推广，产品的生产周期将会大大缩减，产品推向市场的时间也会提前。机械制造生产作业不再需要大规模的生产线，生产工人的数量大幅度削减，生产仓库里的零部件库存也不需大量堆积， “社会化制造”的繁荣即将到来。 “社会化制造”最大优势是可以建立制造资源网、互联网渠道，建立快速而高效的可持续发展的生产模式，即实现供应链、市场销售到用户服务一体化，推动敏捷制造和精益制造全球化发展。1.4 3D打印发展瓶颈1.4.1 基于激光的 3D打印设备的主要问题 目前激光 3D打印机设备还存在一些不足，首先是激光打印机的打印速度比较慢，加工一个小型零件就要花费几个小时。激光 3D打印机由于激光扫描耗时长，材料粘结也需要时间，所以大大限制了加工零件的速度。目前 3D打印机的打印速度一般在 80mm/s，有的打印机的打印速度达到 150mm/s。在实际的生产中，如果零件的打印速度慢，产品的生产周期就会被增加，生产制造过程中便很少会考虑 3D打印这种生产方式，而且 3D打印所需的人力和物力成本高，故很难在工业化生产中大规模的使用。 其次，激光 3D打印机加工零件的尺寸比较小，不能加工大型零件，同时也制约了激光 3D打印机的应用。目前，激光头可移动的范围小，不然零件打印的精度将受到影响。如果打印产品的尺寸很大时，激光头受到移动范围的限制，不仅加工时间长，而且很难保证产品的加工精度，所以只能打印比较小的产品。充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 4 页 共 40页另外，国内大多数公司不常使用基于激光的 3D打印设备制作模型，由于市场导向，材料粉末供应少，而且可供选择的材料也不多，所以国内供选择的打印材料少而且价格高。1.4.2 基于喷墨的 3D打印设备的主要问题 目前，基于喷墨的 3D打印设备自身也存在一些问题。首先打印设备喷头的配件价格高，打印机主要依托打印头喷射粘结溶液液滴，所以喷墨打印头是其核心设备。然而，我国喷墨打印头主要靠进口，国外制造商垄断了该供货渠道，售价高。而且我国在该领域的技术也未成熟，很难实现产品化。其次，不但喷墨打印头被国外垄断，相关设备的配套材料也被垄断，所以它的配套耗材价格昂贵。2 3D打印机的概述2.1 3D打印技术的概念3D打印技术是增材制造的一种，与传统的加工方式不同，加工所需的零件不需要经过很多工艺过程，打印材料在激光或者喷头喷射的粘结液的作用下层层粘结，最终就可以形成零件模型轮廓。多余的材料还可以回收再利用，不仅节省了材料，还缩短了产品的生产周期。图 2.1 3D打印机结构图3D打印机有着复杂的机电一体化系统，主要由软件部分、机械部分和电子部分组成。3D 打印机操作非常简单，通过外置显示器就可以设定打印机的打印参数，包括打印速度、打印精度等。3D 打印的应用在机械制造领域应用较多，主要包括产品原型、模具制造等。此外 3D打印还可以作为艺术创作，在珠宝制作领域也得到了应用。随着打印效率和精度的提高，3D 打印机可以从事精细加充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 5 页 共 40页工生产作业，逐步替代传统加工工艺。2.2 3D打印机的工作原理用 3D打印机制作模型前，需要通过 3D绘图软件将所要打印的实体转化成三维立体模型，常用的三维建模软件包含 UG、Pro-e、SolidWorks 等。3D 模型画完后，就可以准备打印前的工作了。首先，将预先准备好的打印材料倒入工作缸内，当打印机工作时，压滚轮会将这些散落的打印材料平铺在工作台面上。接着，用数据线将电脑连接打印机，打印机会自主识别电脑中保存的.stl 格式文件。打印机根据零件切片的数据，通过激光或者喷头喷射粘结液，分布在零件轮廓区域便会粘结成型，经过打印材料层层累加最终形成三维实体。3D 打印机就是通过“打印材料”连续累加的方式加工三维实体模型，不需要很多的加工工艺就可以将零件加工出来，所以加工周期较短。目前，大部分三维模型的数据格式可以被打印设备软件识别，这些数据存储了打印零件切片的完整信息，3D打印根据这些切片数据，通过控制激光头或喷头的移动和打印材料的供给，可以将零件的一层轮廓加工出来。零件分层的厚度很小，具体的厚度主要由打印设备的性能所决定，一般在 英寸，即 毫米。0.0050.013 0.01270.33在打印材料成型的过程中，是通过“自底向上”的方式逐层构建出零件的轮廓表面，所以激光头或喷头根据需要沿水平和竖直方向移动。由于打印材料的凝结作用，不能承受太大的作用力，所以需要支撑材料辅助加工。支撑材料主要起到承托的作用，有了支撑材料的承托，材料才能顺利的沉积在悬挂部分上。嵌套结构的模型由于内部构造极其复杂，需要支撑材料帮助其构建模型，此外，具有移动部件的多重组件也需要支撑材料辅助支撑。三维模型打印完成后，需要将支撑材料去除，可以用水枪或者直接将模型放在水中，让其行溶解。如果进行艺术创作或展示需要，可以用颜料涂在模型上，让打印后的实体色彩鲜明。图 2.2 3D打印机工作原理图充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 6 页 共 40页2.3 3D打印机的种类3D打印属于增材制造的一种，经过近几十年的发展，成型方式也变得多样化。根据成型方式的不同，3D 打印技术也相应改变，目前有很多成型方式不同的打印机相继问世。无论是何种成型方式的打印机，它们成型的原理都是相同的，都是运用“分层制造，层层叠加”的方法制造成型。今后，新的成型方式的打印机将会陆续被推向市场。2.3.1 LOM 3D打印机LOM 3D打印机采用分层实体制造技术，它是快速原型技术的一种，打印材料主要采用薄片形式，通过层层叠加的工艺方法将实体模型制作成型。这项技术由 Michael Feygin在 1984年研发成功，并在 1985年创办了 Helisys公司，此后相继发明并推出 和 这两种型号的成型机。10502030LOM的原材料主要以片材为主，在打印前，需要通过电脑把三维软件的模型转化成 3D打印机可识别的格式，需要对模型进行切片处理并将切片信息保存。当电脑与 LOM 3D打印机连接后， 激光器切割系统会自动识别零件的切片数2据。然后，将片材的背面涂上一层热熔胶， 激光器在计算机的控制下切割2片材，形成工件的内、外轮廓。为了方便去除片材上的废料，激光器在切割内、外轮廓的同时，也会在内、外轮廓区外交叉切割片材。工件的一层切割完成后，送料机工作，提供新的一层片材，片材的厚度通常为 。随后工作台0.10.2mm下移，加工完成的片材随着工作台下降而下移，已加工完成的片材便会主动与料带分离。料带在材料滚筒的转动下移动，使新的一层片材平铺在待加工面上。此时工作台缓慢上升，直至上升到加工平面，再次对新的一层片材进行切割内外轮廓，这样片材层层叠加，最终三维产品就被打印成型。图 2.3 LOM 3D打印原理图LOM 3D打印机式问世最早的一种 3D打印机，历史较为悠久。LOM 3D打印机在彩色打印方面应用较多，Mcor 公司推出了一款 IRIS HD 3D打印机，它是一款高清的彩色打印机。与其他型号的彩色打印机相比，可以提供更多的色题目名称 基于 3D 打印齿轮系的设计与制作题目来源 国家、省（部）级 市、校级 企业（公司 ） 其他题目类型 工程设计 应用研究 基础研究 其他一、毕业设计（论文）概述近些年来，我国机械制造行业迎来了发展的繁荣时期，为了推动其更好地发展，应用了 3D 打印技术，对促进机械制造行业更好地发展有着不容忽视的作用。3 D 打印是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3 D 打印机依托多种尖端技术，提供了广阔的打印空间。本文介绍了 3D 打印和 3D 打印技术的基本概念、发展现状、应用领域以及 3D 打印的优缺点等内容，同时介绍了 3D 打印机的工作原理、分类以及 3D 打印零件后处理等。在 3D 打印技术得到广泛应用的情况下， 制造业也许不再运用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式，而是转变为一种以 3D 打印机为基础、更加灵活、所需投入更少的生产方式。3D 打印技术必将改变人类未来的生产与生活方式，甚至能够促成第三次工业革命。本设计主要用于带式输送机的传动系统，基本参数：输送带工作拉力F=3.2KN,输送机工作速度 V=1.2m/s,滚筒的直径=350mm,设计该该传动系统装置，并通过 3D 打印的方法制作关键零件。针对带式传送机设计出二级展开式减速器，针对零件尺寸要求，计算并设计出结构合理、性能优良的齿轮系统的关键部件结构及其尺寸。然后通过数据导入，利用 solidworks 画出关键零件的立体图。采用 3D 打印机打印出高分子材料的减速器关键零件实物。二、毕业设计（论文）整体安排及进度周 次 工 作 内 容 检 查 方 式12撰写文献综述、开题报告调查研究查阅外文资料并翻译检查文献综述、开题报告完成质量检查翻译质量34 根据已知参数，进行理论计算；检查所有计算结果是否合理正确56 齿轮系的装配图的绘制 检查装配图78 零件图绘制、三维造型； 检查零件图质量及尺寸和三维图910熟悉 3D 打印机的工作原理及相关软件检查相关软件及原理的掌握程度1112 利用打印机打印指定零件 检查零件质量1314 零件的后处理工作 检查最终成品零件质量1516 撰写毕业设计说明书 检查论文完成质量1718 提交论文，毕业答辩三、毕业设计（论文）已完成的研究部分1、已经将齿轮系统的所有计算全部完成，并且用计算机将计算数据以 word格式保存为电子文本。2、已经将齿轮系统的装配图用 cad 画出，齿轮 2 和低速轴的零件图也全部完成，并完成了标注等工作。3、已经将齿轮 2 和低速轴两个零件用 solidworks 画出其三维立体模型。四、下一部分的工作安排1、了解 3D 打印机的型号，性能及各项指标，打印零件的材料。2、熟悉对打印出的零件进行后处理等工作。3、用 3D 打印机打印齿轮系的关键零件并对零件进行处理。4、撰写毕业设计说明书并准备毕业答辩。五、毕业设计（论文）工作中存在的问题1、solidworks 画齿轮结构时，齿轮的轮齿因为是斜齿轮，所以遇到些难题，通过查阅资料问题已经得到解决并完整画出。2、轴承校核中，很难一次性就可以将轴承的型号选好，需要进行好几次选型再校核。学生（签字）卜阳 20XX 年 4 月 26 日 指导教师（签字） 年 月 日任务书XXX 学院 XXX 专业 XXX 班 XXX 同学：现给你下达毕业设计（论文）任务如下，要求你在预定时间内，完成此项任务。一、毕业设计（论文）题目基于 3D 打印的齿轮系设计与制作二、毕业设计（论文）依据及参数用于带式输送机的传动系统，输送带工作拉力 F=3.2KN,输送机工作速度 V=1.2m/s,滚筒的直径=350mm,设计该该传动系统装置，并通过 3D 打印的方法制作关键零件。二、设计主要内容：1.设计齿轮传动系统；2.用 3D 打印的方法制作齿轮系关键零件三、毕业设计（论文）目标及内容1 齿轮传动系统二维零件图、装配图；2 齿轮系关键零件的三维图；3 齿轮系关键零件的 3D 打印成品；4.设计说明书一份四、课题所涉及主要参考资料1孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理 M.北京：高等教育出版社，20062濮良贵 纪名刚.机械设计 M.北京: 高等教育出版社，20063 唐金松.简明机械设计手册M.上海：上海科学技术出版社，19924徐光柱开源 3D 打印技术原理及应用M北京：国防工业出版社,20155 王巍.机械制图M.北京：高等教育出版社，20036 上海市标准协会.机械精度设计手册M.北京：中国标准出版社，19927陈昌森. 3D 打印的后处理及应用M.武汉：华中科技大学出版社，20178 杨老记.AutoCAD 2004(中文版)工程制图实用教程M.北京：机械工业出版社，20049蔡志楷 梁家辉.3D 打印和增材制造的原理及应用（第四版）M.北京：国防工业出版社，201710Joe Micallef（美）陈启成 译,3D 打印设计入门教程M.北京：机械工业出版社，201711 Amit Bandyopadhyay Susmita Bose.3D 打印技术与应用M.北京：机械工业出版社，201712 钟日铭.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 从入门到精通（第二版）M.北京:机械工业出版社,201013冯春梅 杨继全 施建平. 3D 打印成型及技术M.南京:南京师范大学出版社,201614张嘉钰，孙丽媛. 增材制造与 3D 打印技术及应用M .北京：清华大学出版社出版社，2017.五、进度安排周 次 工 作 内 容 检 查 方 式1719，撰写文献综述、开题报告调查研究查阅外文资料并翻译检查文献综述、开题报告完成质量检查翻译质量12 根据已知参数，进行理论计算； 检查所有计算结果是否合理正确34 齿轮系的装配图的绘制 检查装配图56 零件图绘制、三维造型； 检查零件图质量及尺寸和三维图78 熟悉 3D 打印机的工作原理及相关软件 检查相关软件及原理的掌握程度910 利用打印机打印指定零件 检查零件质量1112 零件的后处理工作 检查最终成品零件质量1314 撰写毕业设计说明书 检查论文完成质量1516 提交论文，毕业答辩六、毕业设计（论文）时间 20XXX 年 12 月 25 日 20XXX 年 6 月 18 日七、本毕业设计（论文）必须完成的内容1调查研究、查阅文献和搜集资料，撰写文献综述。2 阅读和翻译与课题内容有关的外文资料（外文翻译不能少于 2 万印刷字符，约合 5000 汉字） 。3 确定零件的加工工艺方案并制作工序卡片、绘制完整指定工序的夹具的装配图，零件图绘制以及三维造型设计。4撰写毕业设计说明书八、备注本任务书一式三份，学院、教师、学生各执一份。XXX 系（教研室） 指导教师 XXXXXX 系（教研室）主任 XXX 主管院长 XXXX I基于 3D 打印的齿轮系设计与制作摘要： 本文介绍了 3D 打印的基本概念、基于激光和喷墨 3D 打印的原理、发展趋势以及 3D 打印的局限性，同时介绍了 3D 打印机的工作原理、分类以及 3D 打印材料等内容。本论文还针对带式传送机设计出二级展开式减速器，根据给出的零件尺寸要求，计算并设计出结构合理、性能优良的齿轮系统的关键部件结构及其尺寸。然后通过数据导入，利用 SolidWorks 画出齿轮和上箱体的三维模型图，再将实体建模的图形转化成 3D 打印机可识别的格式，然后对零件进行切片处理，打印机系统会生成 G-code 切片数据，计算机根据切片数据可以控制打印机喷头的行径轨迹，最后将减速器器的齿轮和上箱体制作出来。通过打印减速器的关键零件，熟悉 3D 打印的基本原理以及打印过程，了解对制作出来的零件后期处理的方法。关键词：3D 打印；SolidWorks；齿轮系统设计；后处理IIGear Design and Production Based on 3D PrintingAbstract: This article describes the basic concepts of 3D printing, principles and trends of laser and inkjet 3D printing, and the limitations of 3D printing. At the same time, it introduces the working principles, classification, and 3D printing materials of 3D printers. This paper also designs a two-stage unfolding reducer for the belt conveyor. According to the given part size requirements, the key components of the gear system with reasonable structure and excellent performance are calculated and designed. Then through data import, using SolidWorks to draw a three-dimensional model of the gear and the upper box, the solid modeled graphics into 3D printer identifiable format, and then slicing parts, the printer system will generate G-code slice data Depending on the slice data, the computer can control the trajectory of the printers nozzle. Finally, the reducer gear and the upper case are manufactured. By printing the key parts of the reducer, familiarize yourself with the basic principles of 3D printing and the printing process, and learn about the post-processing methods for manufactured parts.Keywords: 3D printing; SolidWorks; gear system design; post processingIII目录摘要 .目次 .1 绪论 .11.1 3D 打印的概念 .11.2 3D 打印原理 .11.2.1 基于激光的 3D 打印技术原理 .11.2.2 基于喷墨的 3D 打印技术原理 .21.3 3D 打印的发展趋势 .21.4 3D 打印发展瓶颈 .31.4.1 基于激光的 3D 打印设备的主要问题 .31.4.2 基于喷墨的 3D 打印设备的主要问题 .4IV2 3D 打印机的概述 .42.1 3D 打印技术的概念 .42.2 3D 打印机的工作原理 .52.3 3D 打印机的种类 .52.3.1 LOM 3D 打印机 .62.3.2 SLA 3D 打印机 .72.3.3 FDM 3D 打印机 .72.3.4 SLS 3D 打印机 .82.3.5 3DP 3D 打印机 .92.3.6 SLM 3D 打印机 .92.3.7 DLP 3D 打印机 .102.4 3D 打印机主要的性能及其参数 .112.4.1 机器设备的尺寸 .112.4.2 机器设备能够打印的材料 .112.4.3 机器打印的移动速度，打印层厚，以及定位精度 .112.4.4 机器的软件要求 .112.4.5 喷嘴的直径 .112.4.6 材料的线径 .112.5 打印零件的材料 .122.5.1 工程塑料 .122.5.2 光敏树脂 .122.5.3 橡胶类材料 .122.5.4 金属材料 .122.5.5 陶瓷材料 .12V2.5.6 其他 3D 打印材料 .123 齿轮系统的设计 .123.1 系统设计的依据和参数 .133.2 传动参数的总体设计 .133.2.1 传动方案的确定 .133.2.2 电动机的选择 .133.2.3 传动比的计算及分配 .143.2.4 传动装置的运动和参数计算 .143.3 带的设计计算 .153.3.1 确定设计功率并选择带型 .153.3.2 带的基本参数计算 .153.3.3 带轮的结构设计 .163.4 传动零件的设计计算 .163.4.1 高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 .163.4.2 初步计算传动的主要尺寸 .173.4.3 低速斜齿圆柱齿轮的设计 .193.4.4 斜齿轮圆柱齿轮上作用力的计算 .203.4.5 中间轴的设计计算 .213.4.6 低速轴的设计 .253.5 箱体结构设计 .283.6 装配图和主要零件图 .294 3D 打印流程 .304.1 打印的零件 .304.2 打印机和打印材料的选择 .30VI4.3 计算机辅助设计 .314.4 切片处理 .324.4.1 齿轮的切片处理 .324.4.2 上箱体的切片处理 .344.5 齿轮和上箱体后期处理 .365 结论 .38参考文献 .39致谢 .40第 1 页 共 40 页1 绪论1.1 3D 打印的概念“3D 打印”在业内有很多术语，可以将其称为“快速成型技术”(Rapid Prototype)，也能将它称为“增材制造技术 ”(Add material manufacture)，也可以称为“RPM 技术” ，即“快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing”。3D 打印技术出现的时间是在 20 世纪末期，它采用材料堆积的方法，逐步发展成为制造业中的一种高新技术，在制造业发展中有着举足轻重的作用，是近几十年来公认的最重大成果之一。英国著名杂志经济学人曾描述 3D 打印技术将改变传统的生产方式，其发展空间广阔，很可能推动第三次工业革命早日到来。1.2 3D 打印原理将三维建模的模型先离散化，再将离散后的数字模型导入计算机中，在计算机控制下，离散后的数字模型进行逐层加工，这样数字模型就被转换成立体的实体模型，这就是 3D 打印技术的基本原理。下面介绍两种最为常见的 3D 打印技术：1.2.1 基于激光的 3D 打印技术原理 基于激光的 3D 打印技术研发的 3D 打印机，材料的成型的方式通常由两种，一种是利用激光束照射打印材料，使其固化成型，另外一种是利用激光烧结粉末材料。激光烧结技术原理为：工作前将预先准备好的粉末材料倒入粉末缸中，如果粉末材料是金属粉末，还需要将整个工作台加热，加热到一定温度可以减少金属粉末在激光烧结的过程中发生热变形的程度，利于层与层之间可以更好的结合，以此保证成型零件的加工精度。工作时，粉末缸在活塞的推动下缓慢上升，粉末在滚压机的作用下，均匀的平铺在工作活塞上。然后激光束对平铺在工作活塞上的粉末进行烧结，被烧结的粉末材料积聚成型，未被烧结的材料散落在粉末缸中，这样就形成了零件的一层表面。此时，工作缸下降，又有新的一层粉末散落在工作缸上，滚压机再将散落的粉末均匀的平铺再活塞上，激光再次烧结便形成了新的一层零件轮廓。这样不断的循环加工，层层烧结叠加，三维零件就会被完整加工出来。光固化技术的原理与激光烧结技术原理稍有不同，首先是加工的材料不同，光固化技术的材料是树脂。加工时，树脂与支撑材料之间形成一层截面，这层截面在激光束的照射下会被固化成型。这样往复的重复该过程，截面一层一层的累加，成型件就会被加工出来。将多余的粉末去除，对零件的模型的表面进一步处理后，零件就被最终加工完成。第 2 页 共 40 页图 1.1 激光打印机原理图1.2.2 基于喷墨的 3D 打印技术原理喷墨打印机与激光打印机不同，利用喷头喷射粘结剂将粉末材料粘结成型。工作前，粉末散落在在工作台上，铺粉辊开始转动，散落的粉末被均匀的分布在工作台上。利用喷头喷射粘结剂，粉末在粘结剂的作用下凝结成型，形成了一层截面。喷头的运行轨迹受计算机控制，计算机根据离散的数字模型信息控制喷射轨迹。当零件的一层截面成型后，工作台下降一个层厚，再次进行铺粉和喷黏结剂以形成零件另一层截面的加工。这样不断的循环加工，层层凝结成型，三维零件就会被加工出来。为了能够加强凝结的强度，可以将加工成型的零件用胶水或者蜡液在其表面进行固化处理。改变粘结剂的颜色，还可以制作出色彩缤纷的原型件。理论上说，可以利用 3D 打印机打印出任何三维实体模型。在实际的加工生产中，3D 打印的应用范围也非常广泛，随着近几十年的发着，打印技术在生物医疗、建筑工程、模具制造、传统制造业、国防军工、配件饰品行业等众多行业都有应用。图 1.2 喷墨打印机原理图1.3 3D 打印的发展趋势第 3 页 共 40 页3D 打印技术
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