3D打印机的设计

目 录 摘要 . . 引言 . 2 1绪论 . 2 内外 3D 打印 机 的研究现状 . 2 外 3D 打印 机 的研究现状 . 2 内 3D 打印 机 的研究现状 . 3 的发展趋势 . 3 . 3 . 4 的 工作原理及特点 . 4 展创新与突破 . 6 2 总体方案及结构设计 . 7 言 . 7 体 框架的设计 . 8 度控制回路的设计 . 8 . 9 头移动及喷出量调节的设计 . 错误 !未定义书签。 3 机械结构 . 错误 !未定义书签。 动方式的选择 . 错误 !未定义书签。 动惯量的计算 . 错误 !未定义书签。 头的选择 . 12 4 电机的选择 . 13 服电机和步进电机的对比 . 13 流交流伺服电机对比 . 15 载转矩的计算 . 15 印速度的初步估计 . 16 5 传感器 . 16 度传感器对比 . 16 械位置传感器 . 18 力传感器 . 19 6 3. 21 . 21 . 21 参考文献 . 22 致谢 . 23 . . . 1 .D at . D . of D .D . D . 3D .D .he of . .he of .YZ . .of of . .of .C .he of . .6 D . 21 3D .D .I 3D 打印机毕业设计 作者： 指导教师： 【摘要】 3D 打印是最近两年开始流行的一种快速成形技术 , 它以数字模型文件为基础 , 通 过逐层打印的方式来构造物体 . 我们日常生活中的打印机能打印一些平面纸张材料 , 而 3文章对 3展态势作了综合介绍，综述 3D 打印技术的基本概念、发展简史、打印过程原理、应用领域、广泛影响以及面临的问题等 D 技术的发展历程、 3D 打印技术的工作原理流程及特点的基础上，分析了 3望了 3D 打印技术的未来发展趋势 . 关键词 :3D 打印机 ;快速成型 ;结构设计 ;社会制造 D 【 ： 3D is of is by to D to D a D In of D of D on D to D 3D 2 引言 随着时代的进步，我们的生活水平日渐提升，同时，人口也在急剧的增长，我们需要越来越多的物品来满足物质生活条件。这就势必造成我们对物品的要求也会越来越高，做工精细、独特且非量产的物品会受广大人们的喜爱。如今，我们拥有了 3们可以通过 3要的。 3D 打印技术应用面广，它可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。 3D 打 印技术，是一种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的技术。 3D 打印机则出现在上世纪90 年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。 1 绪论 内外 3D 打印机的研究现状 外 3D 打印机的研究现状 经过十多年的探索和发展， 3D 打印技术有了长足的进步，00前国际上较先进的产品可以实现每小时 25可实现 24位色彩的彩色打印。 目前，在全球 3D 打印机行业，美国 3D 家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业、研发团队还有美国的 国的 3D 型设备开发公司。于 2011 年 11月收购了 3 司之后， 3D 定了在 3D 打印领域的龙头地位。 司 2010 年与传统打印行业巨头惠普公司签订了 作协议，生产 牌的 3D 打印机。继 2011 年5 月收购 司之后， 于 2012 年 4 月与以色列著名 3布合并。当前，国际 3D 打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。 目前在欧 美发达国家， 3D 打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域， 3D 打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。另外， 3D 打印技术 3 获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司 过在线征集用户的设计方案，以 3D 打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出 60种创新产品，年收入达到 100万美元。 内 3自 20 世纪 90 年代以来，国内多所高校开展了 3D 打印技术的自主研发。清华 大学在现代成型学理论、分层实体制造、 艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了 1】 ；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到 国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内 3D 打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。 近年来，国内企业已实现了 3D 打印机的整机生产和销售，这些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产 品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前，国产 3D 打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口 3D 打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区 3D 打印技术引入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非自主研发。 D 打印机的发展趋势 D 打印产业的未来发展前景 根据国际快速制造行 业权威报告 2011发布的调查结果，全球 3988 2010年间保持着 年均增长速度。报告预期， 3 2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到 31亿美元， 2020 年将达到 52亿美元 【 2】 。 但 3D 打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有 3D 打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前 3D 打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局 限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前 3D 打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面， 3D 打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。 4 司 2011 年发布的最新技术发展展望报告判断： 3D 打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。 310 年的时间。在这一较为漫长的发展过程中，产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。 总之，从中长期看来 3D 打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离，对于 3D 打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此，现阶段产业界对 3D 打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主，尤其要重视自主知识产权的建设和维护，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响，在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入 产能扩张，则投资回报将面临着较大的风险。 D 打印技术未来发展的主要趋势 随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域， 3D 打印技术也将被推向更高的层面。未来， 3D 打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。 提升 3D 打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的 3D 打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米 材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点； 3D 打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现 设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造；拓展在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。 D 打印机的工作原理及特点 D 打印的工作原理 三维打印技术是使用喷头喷出粘结剂，选择性地 将零件的截面印刷在材料粉末上面，最后层层将各个截面粘结起来 . 可用于制造复杂形状的模型中空模型，或者制造复合材料或非均匀材料的模型等 . 图 1 是三维打印成型机的剖面示意图 . 其工艺是先由铺粉辊从左往右移动 , 将供粉缸里的粉末在成型缸上均匀铺上一层 然后按照计算机上设计好的零件模型，由打印头在第一层粉末上喷出零件底层截面的形状 , 然后成型缸平台向下移动一定距离，再由铺粉辊从供粉缸中平铺一层粉末到刚才打印完的粉末层上，然后再由打印头按照第二层截面的形状喷洒粘结剂，层层递进，最后得到的零件 5 整体是由各个横截面层层重 叠起来的 . 图 1 三维快速打印技术工作原理示意图 3所示 , 其中 3当于平面印刷中的原稿， 3 一般现有的 3如 e 等矢量建模软件，都可以轻易地实现3 3个薄片的厚度由喷涂材料及打印机的结构决定 , 厚度一般为几十微米到几百微米不等 . 分割工序也是由软件来实 现，类似于打印机的驱动程序 . 喷墨打印中将成型材料一层层喷涂在基材上 . 目前比较流行的做法是先喷一层胶水 ,然后再在上面撒一层粉末，如此反复 , 喷头一般可采用喷墨打印机的喷头， 目前也有一些设备厂商提供专用的喷头 . 打印完成后，还需要对打印出来的 3D 模型进行后处理，比如固化处理剥离模型的修整等等，最终完成所需要的模型的制作 . D 打印的特点 与传统模型制作相比， 3要表现如下 : 1 制作精度高。 经过 20年的发 展， 3D 打印精度有了大幅度的提高。 目前市面上的 3 3 2 制作周期短。 传统模型制作往往需要经过模具的设计模具的制作制作模型修整等工序，制作的周期长。 而 3得模型的生产时间大大缩短，一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印。 6 3 可以实现个性化制作。 对于传统模型的制作，个性化模型的生产就显得力不从心，或者是成本高昂。 而 3管是一个还是多个，都可以以相同的成本制作出来。 4 制 作材料的多样性。 一个 3这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。 比如金属石料高分子材料都可以应用于 3 5 制作成本相对低。 虽然现在 3是如果用来制作个性化产品，其制作成本就相对较低了 加上现在新的材料不断出现，其成本下降将是未来的一种趋势。 展创新与突破 3题为看制造业新技术如何改变世界，详细介绍了 3见人们对于 3 而 3们利用3 人们纷纷展示了如何 3至扩展到用 33要表现在以下几个方面。 D 打印应用领域扩展延伸 3011年被充分应用于生物医药领域，利用 3D 打印进行生物组织直接打印的概念日益受到推崇。 比较典型的包括 用 3 哈佛大学医学院的一个研究小组则成功研制了一款可以实现生物细胞打印的设备 ; 另外， 3着 33时其魅力更延伸至食品制造服装奢侈品影视传媒以及教育等多个与人们生活息息相关的领域。 D 打印速度尺寸及技术日新月异 在速度突破上， 2011年，个人使用 300到 3503呈现轻盈和大尺寸的多样化选择。 目前已有多款适合办公室打印的小巧 3在不断挑战轻盈极限，为未来进入家庭奠定基础。 在 一个研究项目中，该团队设计了迄今为止世界上最小的 3且降低了打印设备的制造成本，也有望未来进驻家庭在大尺寸领域，在德国的 3司发布了 4000寸 7 的 3款大尺寸 3 3】 。 3 2011年 技术基于高科技循环编织技术，使用激光进行 3够以编织的方式制作复杂的 3计平台革新 基于 33中比较成熟的平台有基于 3外，微软谷歌以及其他软件行业巨头也相继推出了基于各种开放平台的 3大降低了 3至有的应用已经可以让普通用户通过类似玩乐高积木的方式设计 3 2 总体方案及结构设计 言 3 专业 领域又称快速原型机 ,是数字化增材技术。经过几十年发展后的逐渐走向民用市场的技术成果。其推广不仅意味着科技的进步 ,更为工业制造概念增添了新的内涵 ,有着广阔的发展前景。 本文拟对 3 D 打印机的控制结构进行设计 ,在综合考虑性能与经济性的基础上完成其元件 的讨论与选型。 3 利用计算机软件技术 ,设计者设计出一个初步模型之后 ,例如一座建筑亦或是人工心脏瓣膜 ,之后通过 3 D 打印机 进行打印。打印的原料种类繁多 ,有机材料、无 机材料均可使用。例如塑料、橡胶等。打印材质视具体情况而定。 3 D 打印机在 9 0 年代中期就出现了。随着科技的发展 ,它已经投人到各种科技工作的领域当中。通过一层一层堆积的液体和粉末来 生产物体 ,可以用来制造一次性的机械产品以及模型。牙科医生利用 3 D 打印机扫描患者的牙齿轮廓后复制出合适的矫正模具 ;产品生产厂商用它来完成对产品功能的设计 ,以避免在大规模生产后修改设计 ;展览馆用它复制真品 ,以避免真品被参观者损毁。 体 框架的设计 统概述 系统由输人设备制定部分参数 ,从存储设备或者直 接从计算机 中得到事先建好的三维模型 ,由单片机对模型进行分析 ,切片 ,建立 必要的支撑结构 ,再从单片机输出控制指令 ,控制喷头型材料融化 ,并通过一定的驱动电路驱动电机 ,带动 8 喷头进行 X、 Y、 并控制喷头的喷出系统调节喷出材料的多少。每打好一 层 ,从外 部设备读取下一层的参数 ,再打印下一 层 ,直到全部模型完成。完成 模型的打印之后 ,还需要后期的材料回收工作。 统框架 输入设备、存储外设、上位机、温度传感器的测量值 出量控制、 显示设备 度控制回路设计 印耗材的选用 为了实现 3 所选材料也很重要。既要由较低的熔点 ,也要有较好的粘滞性 ,同时也需要快速成型。综合考虑 ,我们最终选择了 P L B 计思路概述 材熔点为 230左右 ,分解温度 260以上 ,故其通常成型温度在250以下。控制回路使用温度传感器返回当前温度 ,反馈回路保证了温度保持恒定 ,控制器统一使用了单片机来输出指令 【 4】 。 (3)控制回路方框图如下： 设置的空气温度单片机 D/A 转换器加热电 路当前温度温度传感器A/片机 2.4 x y z 三方向控制电机的设计 采用化繁为简的思路 ,将三维打印转化为二维进而转化为一维 打印。即 由步进电机固定的 给量算出所需的步进角 ,用这种方式将三维打印先转化为每一平面内的二维打印 ,再由 Y 方向也为步进电机带动 ,则每一平面内的二维打印又转化为很多条 直线上的一维打印。 头移动及喷出量调节的设计 头系统的功能要求 熔融挤出系统对喷头系统的基本要求 是 :将成型料丝送人液化器中 ,在其中及时而充分地熔化 ,由 固态变 为熔融态 ,然后再进一步从更小直径的喷嘴中以极细丝状挤出 ,按扫描路径堆积成型。而且送丝速度要与扫描速度相匹配 ,以保证均匀一 致的材料堆积路径。成型工艺对喷头系统的功能要求可以分解为以下几点 : 1) 供应功能 :将料丝从丝筒上拉出 ,提供成型材料 ; 2) 熔丝功能与料丝送进功能 :将送进的固态料丝及时且充分地 熔化成为熔 9 融状态并将料丝送人液化器 ; 3) 流道功能 :提供熔融态材料稳定流动的通道 ; 4) 定径功能 :对挤出熔融态物料进行定径 ,变为满足要求的细小直径的丝材进行堆积 ; 5) 出丝速度匹配与出丝起停控制功 能 :出丝速度可控 ,能根据扫描速度进行调整 ,实现互相匹配。出丝应能根据路径扫描要求及时起停 ,以保证高质量的成型路径 ,尤其是在路径 起停处。 在采用熔丝挤出方式的工艺原理时 ,就是借助液化器中未熔丝材的活塞作用 ,将熔融材料挤出喷嘴 ,出丝推力近似等于送丝驱动力 ,所以在此特定的工艺原理中 ,送丝功能和基础功能是等效的。 头实现方法设计 基于所选择的打印耗材 ,喷出技术采用熔融沉积成型技术 ,根据片层参数控制加热喷头沿模型断面层扫描 ,同时控制熔融液体的体积 流量 ,使粘稠液体物料均匀地铺洒在断面层上。 液化器中 使用电热丝提供热量使料丝熔融。熔融挤压快速成型工艺对温度的要求极其严格 ,喷头出丝温度和成型室的温度严格处于一定的温度范围之内 ,且一旦设定温度控制值之后 ,须保证其温度保持在平稳状态 ,不能产生较大 的扰动 ,否则成型质量将受到影响。这就要求液化器温度必须保持稳 定。因此 ,我们需要加入上述的温度控制回路来严格控制液化器的温度。 3 机械结构 动方式的选择 直线导轨可分为：滚轮直线导轨和滚珠直线导轨两种，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度较高。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的 传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为 1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动 ,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3以下 ,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工 厂环境方面 ,对温度湿度进行了严格的控制 ,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 10 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动 ,所以启动力矩极小 ,不会出现滑动运动那样的爬行现象 ,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压 ,由于予压力可使轴向间隙达到负值 ,进而得到较高的刚性 (滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力 ,在实际用于机械装置等时 ,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强 )。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给 (运动 )。 动惯量的计算 滚珠丝杠根据国家标准 9893 1999 选用长度 L=称直径D=12称导程 5】 对本系统而言，丝杠传动折算到马达轴上的总惯量为： 1+1/2+W( 其中 处取 i=2=1 其他符号说明如下： 齿轮 l 及其轴的转动惯量； 齿轮 2 的转动惯量，取 丝杠转动惯量， W 工作台重量，工作台轻，取 6 S 丝杠螺距， 4 g 重力加速度， 圆柱体的转动惯量： J=1/8 而且选用丝杠的密度（类于铁）为 滚珠丝杠的转动惯量为： 11 *1/8800/32=0 * 2)=0 从而 *10 可见， 主要由两个齿轮的转动惯量来决定，从而对电机的功率输出要求不苛刻，在功率不高情况下，可以实现高转速。 这是一个小惯量的系统，该系统启动，加速，制动的性能好，反应快，比较理想。 此类电机最高转速一般是 3000r/ 3000为参考研究 按 360每英寸 应 360个色点，每两个色点的距离为 60=打印喷头为双排的，所以，打印 喷头周期移动距离d=墨一次，喷粘剂一次，两个喷头喷出同步； 设定机械精度： 应的脉冲当量 : 由 i=1，求得丝杆转一圈，喷头前进 4机械精度对应 丝杆转一周，上位机应该发出的指令脉冲为 400（个） 则对应转速约为 3000，上位机脉冲能力至少 800*3000/60=40000r/s； 对应6000转的转速，则上位机脉冲能力 80000r/s，电子齿轮比不变 . 电子齿轮比的分子是电机编码器反馈脉冲。 电子 齿轮比的分母是上位机的给定脉冲（指令脉冲）。 电子齿轮比 = 131072 100） / 80000=6553600/200000= 在此计算电子齿轮比的目的 电子齿轮比把上位机的给定脉冲要换算成与电机编码器反馈脉冲同等意义的信号，便于控制中心按给定指令要求控制伺服转动定位。此外，通过上位机的脉冲能力的估算，对比实现的可能性，得知我们方案的合理性。 头的选择 选用 号，实现宽度尽可能满足，分辨率满足，控制 X 轴方向运动， Y 轴方向由另一电机控制，控 制方式类似，单次位移为 度控制一样。双排式排列方式，使得走完一个幅面的时间相对于单排式减半，利于打印速度的提高。 4 电机的选择 服电机和步进电机的对比 控制电机的比较与选取：电机控制系统按照运动过程的需要分为驱动伺服和驱动步进两大类。伺服有速度控制和位置控制模式。 12 13 流直流伺服电机对比 在 20 世纪 60 年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在 70 年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制 ，包括力矩、速度和位置等。我们通常说的伺服驱动器已经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在 90 年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。 伺服电机可以考虑直流和交流两种 【 6】 ：但直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的 最高速度受到限制，也使应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。而交流电动机，特别是鼠笼式感应电动机没有上述缺 点，且转子惯量较直流电机小，使得动态响应更好。在同样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提高 10 70，此外，交流电动机的容量可比直流电动机造得大，达到更高的电压和转速。 要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成。定子和一般的三相感应电机类似，采用三相对称绕组结构，它们的轴线在空间彼此相差 120度。转子上贴有磁性体，一般有两对以上的磁极。位置传感器一般为光电编码器或旋转变压器。 载转矩的计算 子转组产生旋转磁场的机理与感应电机是相同的。其不同点是转子为永磁体且 n与 同（同步）。两个磁场相互作用产生转矩。定子绕组产生的旋转磁场可看作一对旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。 (同性相斥，异性相吸 ) 其中为失调角，也称功率角； K 与定子端电压和转子磁势（磁密 )的乘积成正比。 子的磁势或磁密； 当为 90 度角时，对应最大转矩，称最大同步转矩。对之前我们算得的负载转矩 根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩 T = 系统传动惯量 J 角加出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后最大输出 T 值不变，如果希望的变化小，则 传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了 14 伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。 通常负载的惯量不要大于电机惯量的 5 倍，最大不要超过 10倍。 对于功率 P=2 *0对旋转运动的物体来说，转矩和惯量的关系正如直线运动物体的受力和质量的关系。 印速度的初步估计 每打一个，计划在 Y 轴方向移动 10 次，使宽度达到 361个幅面的时间 T，计划彩印周期 T 秒，暂时忽略 10次 ： 电机一转对应丝杆 1转对应 10个导程共 43600r，最高转速时，电机每秒转 50r，对应时间为 10个来回大约 18 秒， 加减速，对应总时间 6s;走完一个幅面，需要大概 24 秒，加上其余误 差时间， 30秒就可以完成一个幅面， T=30s，基本实现 1分钟打印 2页的要求 【 7】 。 求电机匀加速需要时间。 电机 300示静止加速到额定转速的时间，角加速度为 =50*2 /047=f t) 式中 电机启动加速力矩； 电机自身惯量与负载惯量（ 导轨摩擦折算至电机的转矩（ N m） 摩擦系数，取 传递机械效率，在此取 滚动螺旋传动 的传动效率取 动球轴承传动效率为 轮的传动效率为 传动效率为： = 导轨磨擦折算至电机侧的转矩： *2 *)=0要的输出力矩为 : T=001047+0m 出力力矩 T=于最大出力力矩 =满足要求。 5 传感器 度传感器对比 15 度传感器的接触式特别适合 1200以下、热容大、无腐蚀性对象的连续在线测温，并且接触式测温系统结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉， 16 由上面两个表分析，非接触时的对于 1000 摄氏度以下误差较大，应该采用接触式的温度传感器。其中，热敏电阻的铜的温度测量范围在 50，间，标准化程度高，精度及灵敏度均较好，对于本设计来讲铜更加适合作为温度传感器。 械位置传感器 支持直线运动的传动方式主要就是螺杆，和 皮带两种，螺杆的精度比皮带高，载荷也大，但速度低一些。三维打印机的打印头基本不受力，对载荷没有要求，打印机的运动特点时，在水平两个方向上速度越快越好，在垂直方向上精度越高 17 越好，速度无所谓（打完一层才动一次）。因此打印机的传动设计一般都是在水平方向使用皮带（同步带 ),垂直方向用螺杆。 压力传感器 18 压力传感器用于检测两个喷头分别对应的三原色颜料用量和粘剂的用量，还有固体粉末当使用情况检测。但物量不够的时候，反馈，提醒用户加入颜料、粘剂或粉末。对应以上表格，可以采用电位器来做测量，且能 达到比较高的