3D打印机结构设计【三维图-开题报告】.zip
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat1.txt3D打印机总装配体.dwgsw3DUG3DX轴01.dwgX轴04.dwgX轴固定座01.dwgX轴固定座04.dwgX轴旋转轴固定座01.dwgX轴旋转轴固定座04.dwgY轴01.dwgY轴04.dwgY轴同步轮固定座.DWGY轴固定座.DWGY轴滑动块.DWGZ轴.DWGZ轴同步轮固定座.DWG固定后板.DWG固定底板.DWG工作台.DWG开题报告-1.doc设计说明书.docx摘要 3D打印技术在世界飞速科技发展的今天，越来越被世界各国的科研机构所重视。通过数字文件在软件系统的基础上，一层一层的填料加工方法，打印模型的材料在日常中极为可见的。如打印平板纸材料和一些塑料等。是3D打印机打印材料。 3D打印技术飞速发展的今天，在国内有关机构系统的介绍了国外3D产业发展的情况、基本概念、发展历程，3D打印技术通过填料加工的工艺原理，普遍应用在现代工业行业，大大的影响工作基础上的发展和特点，介绍了3D技术的三维打印技术及三维分析技术.3D创新存在的问题还很多及未来发展的前景也非常广阔。关键词：快速成型 填料加工 打印材料ABSTRACT 3D printing is a kind of rapid prototyping technology, which is popular in recent years. On the basis of digital documents, a layer of filler processing method, the structure of the model in the visible material. Such as printing sheet material and some plastic. 3D printer printing material. The development of 3D printing technology, this article introduces the current situation of domestic and foreign industrial development of the basic concept, development history, 3D printing technology is mostly applied in the industrial field by printing technology development and characteristics of the basic principle, influence greatly on the introduced 3D technology of 3D printing technology and 3D.3D analysis technology innovation problems also a lot of and future development prospects are very broad.Key words:Rapid prototyping Filler processing Printing material目录引言41 国内外发展现状41.1 国内发展现状41.2国外发展现状51.3打印产业未来的发展前景62 3D打印机研究92.1 3D打印的工作原理92.2 3D打印特点10第一章 3D打印机的机构设计111.1 3D打印机整体支撑机构设计111.2 3D打印机运动机构设计131.2.1 工作台运动机构设计131.2.2 X轴运动机构设计141.2.3 Y轴运动机构设计151.3喷头的选择151.4电机的选择161.4.1步进电机的工作原理161.4.2步进电机细分原理191.4.3步进电机的驱动电路221.4.4电动机额定功率P0的计算231.4.5电动机转速nd的计算24第二章 主要零部件有限元分析322.1模型信息332.2材料属性332.3载荷和夹具342.4算例结果34结论35参考文献36开题报告3D打印机结构设计开题报告1、 综述随着社会进步，科技发展，人们对生活质量要就越来越高，生活节奏也越来越快，人们就期盼一种更便捷的生产的机器，更高的办事效率，更低的做事成本。在19世纪末的美国就开始有了3D打印的思想，到21世纪初已经变为了现实。3D打印机的出现既代表了人类在科技的发展上取得了进一步的进展，又代表了未来人类将可以摆脱繁琐的生产线，例如在建筑，零件加工方面等方面。3D打印是一种快速成型技术，又称为快读原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM），是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是制造业近20年来制造业的一个重要成果。它是集机械工程、逆向工程技术、数控技术、激光技术、CAD、分层制造技术、材料科学于一身，可以将思想设计转变为具有一定功能的原型或直接制造的零件。以数字模型文件为基础，利用特殊蜡材，粉末状金属或塑料等可黏合材料，打印出一层层粘合材料利用叠加原理最终打印出3D物品。3D打印机在上世纪出现的时主要是利用光固化和纸层叠的快速成型的技术。经过几十年的研究和发展3D打印机已经不仅仅是局限于光固化和纸层叠。现时代的3打印机可以用各种各样原料打印三维模型，不管是房子还是人工心脏瓣膜只要是通过电脑设计好模型，之后通过相关的3D打印机就可以打印出需要的东西，打印的原料也可是多种多样的，包括无机的或者有机的材料，例如橡胶，塑料等等。3D打印作为近年来的新兴技术，在很多发展领域有很大的发展前景，例如：航天科技，3D打印机制出飞机发动的部件：医疗行业的骨骼打印，建筑领域，制造业及食品行业。2010年，一位名叫恩里科 迪尼的发明家设计出可以打印出完整的建筑的3D打印机，这种打印机比正常的建筑方法要快四倍，而且需用的原料也只有原来的三分之一到三分之二，并且不会产生其他的废弃料。这台打印机的原料是沙子，打印机工作时同时会有上千个喷嘴中喷出沙子和镁基胶（这是一种特定的胶，可以将沙子粘成像岩石一样坚固），然后按照电脑模型一层沙子一层胶喷上这种材料，最后打印出设想的模型。德国发布了目前为止最高速的纳米级别微型3d打印机Photonic Professional GT。 此3D打印机，能制作纳米级别的微型结构，以最高的分辨率和快速的打印宽度，打印出小于人类头发直径的三维物体。世上最小的3D打印机来自维也纳技术大学，由其化学研究员和机械工程师研制。这款迷你3D打印机只有大装牛奶盒大小，重量约3.3磅（约1.5公斤），造价1200欧元（约1.1万元人民币）。相比于其他的打印技术，这款3D打印机的成本大大降低。研发人员还在对打印机进行材料和技术的进一步实验，希望能够早日面世。3D打印技术自上世纪90年代初传入我国开始一直到现在深受国内广大热爱科学的工作者所喜爱。从打印设备到打印材料的研发，国内都有着深入的研究。现在，3D打印的节能节材的特点高度符合我国可持续发展战略，因此在国内又掀起了一场3D打印热潮。许多企业，高校，包括政府都开始纷纷踏足三维打印中。高校和科研机构通常是先进技术的研发地和先行者，清华大学是国内最早开发快速成型技术的单位之一，在3D打印技术理论，成型工艺等方面都有很深入的研究。清华大学自行制备LOM工艺用纸，并开发出了系列同型设备。西安交通大学也在电子束熔融直接金属成型，以及光固化成型等3D打印基础工艺方面有深入的研究。华中科技大学史玉升科研团队经过多年努力，在此方面有了重大发展，研发出全球最大的“3D打印机”。从理论上说，只要小于1.2米的零件，都可通过这台机器“打印”出来。相信在不久的将来我国的3D打印技术也会有突出的发展。 三维打印机不仅使物品的制造成本降低，而且缩短了制造周期，同时激发了人们的想象力。3D打印发展前景十分广阔，专家预测，随着3D打印的发展与成熟，从食物，建筑到飞机，宇宙飞船，都会有3D打印机直接或间接生产的产品。所以大力发展3D打印机有助于我国科技发展，实现可持续发展战略目标。因此我决定在这次毕设中研究设计一款3D打印机，进一步了解3D打印机原理和现阶段发展状况，为将来自己在这方面的研究发展做一个殷实的基础。二、研究内容 1、x y扫描装置设计 2、升降工作台设计 3、整机总装配图设计 设计一个3D打印机，可以通过加热来融化塑料，并且从喷头喷出，机械手在按电脑规划的路线打印出实物的平面图，通过叠加原理一层一层堆积出模型。三、 实现方法及预期目标本文主要是对3D打印机的结构进行设计，主要包括电机控制位移系统。其中最主要的电机控制系统（机械结构）分为驱动喷头和控制位移两大部分。在机械系统设计方面主要由两方案，具体如下：方案一：喷头直接将热固性塑料原料喷在底板上，喷头进行直线运动，生成的一条条塑料线条最后累积成想要实物的截面面积。同时在喷头旁边设有一个电机控制喷头在Z轴方向的高度，随着高度一点一点增加，就可以打印出想要的3D实物。方案二：原料通过黏胶实现他们黏结在一起。设置两个喷头一个是原材料喷头，另一个为黏胶颗粒喷头。黏胶颗粒喷头跟方案一一样，喷出想要的实物截面图样，此处用的黏胶颗粒是粘稠度较大的颗粒，喷在加热底板上之后不会融化流动，之后原料喷头喷出原料之后就会和黏胶结合。在Z轴后方向的移动与方案一相同。最终得出实物。方案二虽然对原料材料要求简单，但是在实现喷洒原料粉末时实现喷洒均匀，厚度一样的控制比较难实现，操作难度大，而且操作复杂。需要有喷洒黏胶颗粒，喷洒原材料的两个喷头，还有对远原材料颗粒粉末进行铺平、压实的滚筒，并且需要设置回收多余的原材料粉末的装置。二者比较之后，方案一制作成本低，操作容易，所以综上考虑，选用方案一。X,Y轴构成平面扫描运动框架，扫描运动由伺服电机控制喷头运动。X轴机构丝杆-导轨-齿轮机构，由电机控制齿轮转动，齿轮带动丝，从而实现喷头在X轴方向的移动；Y轴机构选用丝杆-齿轮机构，同样利用电机带动齿轮，齿轮带动丝杠，从而实现喷头在Y轴方向的移动；Z轴是垂直于XY平面的运动，由伺服电机驱动控制运动，选用丝杆-齿轮机构进行运动与X,Y轴同理。运动简图如下所示。 图1 运动简图1、5、7、11、12、14-齿轮 6-喷头2、3、4、8、9、10、13、15、16、17-滑块 18,19,20-齿形同步带X轴方向：电机通过带动齿轮1转动，齿轮1带动同步带运动，同步带带动齿轮14同向转动，齿轮带动丝杠转动从而实现滑块 3、9、13、17在X轴方向的移动，最后实现喷头6和控制Z轴的丝杆在X轴方向的移动；Y轴方向：电机通过带动齿轮11转动，齿轮11带动同步带运动，同步带带动齿轮12同向转动，齿轮带动丝杠转动从而实现滑块15、16在Y轴方向的移动，最后实现底板在Y轴方向的移动；Z轴方向：电机通过带动齿轮5转动，齿轮5带动同步带运动，同步带带动齿轮7同向转动，齿轮带动丝杠转动从而实现滑块3、9在Z中轴方向的移动，最后实现喷头6在Z轴方向的移动； 图2 喷头结构 原材料有上方的细软管输送进来，在喷口处会有加热圈进一步加热融化的塑料，防止输送过程中热量消耗，是原材料提前硬化，影响表面质量。由于X,Y,Z轴方向的移动原理相同，所以就X轴方向的移动做具体说明：下图是齿轮带动丝杆的具体运动图 图3 齿轮与齿形同步带最初选择的是三个齿轮啮合传动，从而实现两个丝杆实现同向传动，但由于齿轮结构及重量较大，会增加制作成本及机器结构，因此选用齿形同步带。电机带动左边齿轮转动，齿轮带动齿形同步带转动，从而使右边齿轮与左边齿轮可以实现同步的同向转动。 图4 丝杆传动简图 1-丝杆 2-滑块 丝杆1转动，通过滑块与丝杆的螺纹副传动，从而使滑块2运动四、 对进度的具体安排第 1 周：开始调研，查阅相关资料第23周：文献阅读，方案设计，外文翻译，完成开题报告。第 4 周：完成前期工作，确定最终方案，制定设计路线，开始理论计算。第 57 周：理论计算，草图绘制，结构设计，简单模型绘制。第 811 周：结构设计，详细设计，三维模型设计绘制。第 12 周：装配制作。第 13 周：检查，修改更正。第 14 周：完成论文。第 15 周：整理资料，准备答辩。第 16 周：答辩五、 参考文献1 封会娟; 闫旭; 唐彦峰; 董岳；3D打印技术综述J；20142 李昕；3D打印技术及其应用综述J；20143 郭璐；3D打印技术发展综述J；工业技术创新 ；20164 赵翀; 邓晓波; 郝晨晖; 王婷; 赵凤霞；Stratasys公司FDM-3D打印专利技术综述J； 2016 5 郭振华; 王清君; 郭应焕；3D打印技术与社会制造J；宝鸡文理学院学报(自然科版) ；20136 于霞; 孙伶俐; 张菽；3D打印技术在美国装备研制中的应用J；国防制造技术 ；20167 何敬志；新型压电式喷墨打印头一体化腔室制造D；大连理工大学；20158 Zakaria BOUGHALEM；用于成形电极制备的金属熔丝沉积3D打印技术验证平台 D；上海交通大学；2014 9 胡瑞珍; 黄惠;3D打印启发下的模型实例化优化研究综述J；计算机辅助设计与图形学 学报；201410LI Lin; CHU Xiao-li; Nie Wenchao; ；A Rapid Generation Method of Character Doll with Rotatable Limbs Oriented to 3D PrinterJ；Computer Aided Drafting,Design and Manufacturing；201411Siti Afifah Mohshim； Fast Prototyping and Low Volume Manufacturing Using 3d PrinterJ；Conference Proceedings of 3rd International Conference on Advances in Engineering & Technology(Kuala Lumpur)；201412姚妮娜; 彭雄厚；3D打印金属粉末的制备方法J；四川有色金属；201313刘鑫; 余翔; 张奔；中美3D打印技术专利比较与产业发展对策研究J；情报杂志；201514朱艳青;史继富;王雷雷;钟柳文;李育坚；3D打印技术发展现状J;制造技术与床;201515柳建; 雷争军; 顾海清; 李林岐;3D打印行业国内发展现状J;制造技术与机床 ;2015；指导教师：（签署意见并签字） 年 月 日 督导教师：（签署意见并签字） 年 月 日 领导小组审查意见： 审查人签字： 年 月 日3D打印机毕业设计论文XXXX学院毕业设计论文课 题 3D打印机毕业设计论文 学 院（系） 专 业 年 级 学 号 姓 名 导 师 定稿日期： 年 月 日383D打印机毕业设计论文摘要 3D打印技术在世界飞速科技发展的今天，越来越被世界各国的科研机构所重视。通过数字文件在软件系统的基础上，一层一层的填料加工方法，打印模型的材料在日常中极为可见的。如打印平板纸材料和一些塑料等。是3D打印机打印材料。 3D打印技术飞速发展的今天，在国内有关机构系统的介绍了国外3D产业发展的情况、基本概念、发展历程，3D打印技术通过填料加工的工艺原理，普遍应用在现代工业行业，大大的影响工作基础上的发展和特点，介绍了3D技术的三维打印技术及三维分析技术.3D创新存在的问题还很多及未来发展的前景也非常广阔。关键词：快速成型 填料加工 打印材料ABSTRACT 3D printing is a kind of rapid prototyping technology, which is popular in recent years. On the basis of digital documents, a layer of filler processing method, the structure of the model in the visible material. Such as printing sheet material and some plastic. 3D printer printing material. The development of 3D printing technology, this article introduces the current situation of domestic and foreign industrial development of the basic concept, development history, 3D printing technology is mostly applied in the industrial field by printing technology development and characteristics of the basic principle, influence greatly on the introduced 3D technology of 3D printing technology and 3D.3D analysis technology innovation problems also a lot of and future development prospects are very broad.Key words:Rapid prototyping Filler processing Printing material目录引言41 国内外发展现状41.1 国内发展现状41.2国外发展现状51.3打印产业未来的发展前景62 3D打印机研究92.1 3D打印的工作原理92.2 3D打印特点10第一章 3D打印机的机构设计111.1 3D打印机整体支撑机构设计111.2 3D打印机运动机构设计131.2.1 工作台运动机构设计131.2.2 X轴运动机构设计141.2.3 Y轴运动机构设计151.3喷头的选择151.4电机的选择161.4.1步进电机的工作原理161.4.2步进电机细分原理191.4.3步进电机的驱动电路221.4.4电动机额定功率P0的计算231.4.5电动机转速nd的计算24第二章 主要零部件有限元分析322.1模型信息332.2材料属性332.3载荷和夹具342.4算例结果34结论35参考文献36引言随着不断发展的今天，我们的生活水平不断提高，但同时，世界人口也在不断的增长，因此人们需要更多的生活满足以及物质上的生活条件。这将导致我们对产品的需求越来越多，良好的加工特性，受到独特群众的欢迎。今天，我们有一个现代的3D打印技术，对于日益发展的世界。我们需要形式多样的3D打印产品，大多数应用于医疗行业、科研、产品模型、体系结构、设计、制造、食品等方面。 3D打印是一个数字文件，通过软件翻译驱动机构运动，用粉末金属或树脂层作为原材料进行打印的技术.3D打印机的运动结构在20世纪90年代中期，即进行了发展和使用。工作原理与普通打印机的打印是相同的，塑料或粉和其他印刷品传送到计算机，通过计算机控制打印材料堆叠在计算机控制的蓝图上面。如今，这项技术已在许多领域被称为制造的工具。如服装、建筑、汽车、巧克力甜点等。1 国内外发展现状1.1 国内发展现状20世纪90年代以来，国内的很多大学开展自主开发的3D打印技术。清华大学的理论，是现代的模具制造中的阶层的本体，FDM技术等方面有着一定的优势，近年来，国内企业的3D打印机生产和销售，这些企业的共同特点是，海外的中国队的规模很小，技术和类似的产品与海外厂商相比，相对而言是低端的产品。目前，国内的三次元打印机印刷的精度，印刷速度，印刷尺寸和软件的支持是充满困难的商业的必要因素，并且是技术水平提高的基本条件。服务领域，我们国家的东部城市一般快速成型、服务业务于进口的三维印刷设备的企业应用，模具制作，很多领域相关的服务的那个范围的样品制作，设计支援，文化遗迹等恢复。与本土相比，在中国的三维印刷技术引进以前，香港和中国，香港和大陆集中在技术应用，独立的研究。1.2国外发展现状经过长久的探索和发展3D打印制造技术已经取得了惊人的进步，分辨率可以在0.01mm的厚度上达到了600 dpi.在国际产品中有的3D打印机的垂直速度可以达到每小时25毫米厚度和实现24色位的彩色印刷。现在，在世界上的3D打印设备领域内，美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。企业拥有雄厚的技术实力和特点，在这一领域的研究和开发团队处于世界领先地位。3D Systems是世界上领先的3D成型设备研发公司。2011年11月，在3D打印技术起初发明人和原专利持有人被此公司收购后，3D打印技术在3D打印领域建立了领导地位。与传统的打印制造业巨头休利特帕卡德公司2010 Stratasys公司签订了OEM合作协议，HP品牌的3D打印机的大量生产。相继在2011年5月Solidscape收购，Stratasys还宣布与Objet合并领先的3D打印技术供应商在2012年。目前，世界上3D打印机制造业正处于迅速并购整合的发展过程中，3D打印行业王者正在快速崛起。 目前世界上在发达的欧洲和美国等众多国家，3D打印技术已经形成了成功的商业发展模式。如在消费电子、航空和汽车制造等领域，3D打印技术可以以低成本、高效率的批量生产定制零件，完成复杂甚至更复杂的建模。此外，3D打印技术是个性化消费领域的行业。作为纽约消费品公司的创意设计方案，通过在线收集用户，采用3D打印技术进入实物产品并通过电子市场，每年推出60多款创新产品，年创收入可达到100万美元之多。1.3打印产业未来的发展前景现在的情况，为了扩大三维印刷技术，扩大三维印刷技术的市场空间，还有很多困难和挑战：最初的资金提供的问题。现有的三次元打印机的生产，还非常高价，在三次元打印机的进一步的发展中。第二形态，产品的印刷使用的材料。有几个聚乙烯聚合物和现在的三次元印刷成形材料，选择空间的限制，固化成形不良等的物理特性，以及一些不稳定风险的安全对策的保护。第三形态，准确、速度和效率，三维印刷产品的精度良好不知道，那是从印刷效率批量生产的需求适应，三维打印机的限制的工作原理的数量，三维印刷精度和速度之间的纠纷。在第四次元的打印机业界的环境中，三维印刷技术的人气更简单的是拷贝和三次元产品的普及，三维印刷制造业有着对著作权侵害的危险性，现在的知识产权保护机构在三次元产业的将来的发展和市场的需求是非常难的。随着社会的发展，打印机开始在每次曝光。近年来，其强度足以用于生物医学应用。3 D打印采用直接打印生物组织的概念。例如，3D打印，打印在骨骼组织已成功。他们是制造技术，利用三维打印技术生产人体骨骼组织。牛津大学科研小组生物印刷设备可以成功地开发出一种细胞。人体器官的尝试在3D印刷、印刷材料和印刷研发、技术创新以及一些3D打印机械制造业的发展潜力，体现了传统的研究方法。生活和成长的制造业和食品、服装、奢侈品等影视传媒教育，与很多人的生活有关。关于专家调研，在我国3D型公司在多个印刷领域的生产和3D印刷技术的发展。专业从事研发、生产设备和三维打印，很快，这两个主要类型。日本第一个品种，官方和学术背景，以及高校科技人员分类考核机制。第二，作为先驱的创造者。与先进的制造技术和三维印刷在中国还不存在小的差异，这些差异主要体现在以下几个方面。（1）.研发能力偏斜严重；（2）.没有成熟的产业链；（3）.缺乏宏观规。一直到现在为止，我国并没有建立并且发展出一套完善的3D打印技术统一协调管理体系，从这些年的3D打印设备数量上看，英国现在各种3D打印技术相关的设备的数量大约占全世界的41%，而中国只有9%左右。我国3D打印在之前一二十年发展比较缓慢，在三维打印技术上存在瓶颈。（1）在材料的品种数量和特性受限制，尤其是使用金属材料生产制造还存在问题;（2）成形的效率需要进一步提高。中国与英国的差距主要表现在：（1）产业化的相关进程比较缓慢，3D打印市场需求显示不足；（2）英国3D打印生产的产品快速制造的水平领先于我国；（3）熔融金属材料在性价比上比我们好；（4）我国与欧美国家在激光烧结金属粉末的工艺方面还有差距；（5） 我国3D打印企业的打印机价格体系主要靠出售3D打印设备。 英国3D印刷公司的综合管理，基本材料，服务和销售收入。在西方发达国家是非常广泛的应用三维打印技术在小零件，汽车配件，衣服的人体器官和组织的应用上。特别是在科学技术领域，3D印刷领域应用更为广泛。 现在全世界3D数码印刷系统，在最近的制造业竞争力下降，发达国家面临一个新的浪潮，大力倡导“再工业化战略，以及工作性质、人工智能、智能机器人、3 D的关键制造技术，数字化制造技术实现印刷，通过加强与制造业3D数字主动改进，加快印刷业的发展，中国由工业大国向工业强国转变。2 3D打印机研究2.1 3D打印的工作原理 3D印刷机的挤出机，喷嘴粘结剂，特别是第二印刷部分印刷前的每一节，最后，绑定。它是制造复杂的形状，模型，或制造复合材料和模型的非均质。 这项工作是一个三维打印机在X和Z运动室。打印机共有五个引擎，在z方向的两个引擎，在X轴方向，Y方向，其余的是材料转移到打印机Dsen.auf两页两同步电机驱动喷嘴组合杆，杆，Z方向。打印通过喷嘴在X方向，例如在与运动连接完成后，发动机在淋浴喷头的运动与皮带，Y轴方向，电机驱动板来回。 打印原理：首先，一个对象打印、三维扫描、三维模型，然后通过计算机辅助设计（CAD）对短数字剖面的三维模型，对象，“分层”，针对不同的企业在高等数学，三维数字模型，通常是在许多层的床Z轴（每一层一层的厚度决定了Z轴的印刷精度），3D打印机，分层处理，通过层层“片”；“叠加”，根据术中三维打印机，高等数学的一部分，这个“片”叠装的最终形式。每一块数字地形图G的3D打印机、3D打印机、数字信息的光盘从料液中的喷嘴连续（粘结剂、光敏性、树脂、蜡、液体材料等）每个位置上的目标的方式，完成一层，3D打印系统湖北和一般打印头很相似，不同的是3D打印机XY运动的喷嘴可以在z轴，垂直运动方向的平面，最后，一层一层的三维实体。2.2 3D打印特点3D技术在生产制造模型时与传统生产加工模型相比，3D打印设备具传生产统模具制作所不具备的优势，主要表现如下:1三维打印制作精度高。经过多年的发展，3D印刷的精度大幅提高。目前市场上的3D印刷成型精度基本上都可以0.3mm一下。2三维打印制作周期短。传统模型，经常通过模具设计，模具的制造、模型的修理、作业过程等，生产周期比较长。在3D印刷过程中出去了模具的制造过程，模型的制作时间大幅降低，模型的印刷完毕时间大大的缩短。3三维打印可以实现个性化制作。对于传统生产模式的个性化，生产是无能为力的，或者是昂贵的。而且3D打印的数量没有限制，无论是一个还是多个，都产生了相同的成本。4三维打印的制作材料的多样性。一个3D打印系统往往可以有不同的材质，打印材料的多样性可以应用在不同的领域。高分子材料如金属、石材等用于3D打印。5三维打印制作成本相对低。对于现在3D打印和3D打印材料的制作成本昂贵，但如果个别产品的成本相对较低，而新材料的成本会下降，这也是未来的趋势。 3D打印- FDM（与成型丝状材料为原料的融合（如塑料，石蜡，和电加热模块，导线材料是在液体状态下加热（在这项工作中，然后在PLA材料）在单片机的控制下，喷嘴的平面上的x Y轴控制的二维运动，与当前数据，轮廓路径在喷嘴的熔料，固化后的工件冷却流截面，在喷嘴的一层，在Z轴方向，垂直移动单元在涂层下层层叠加，使三维工件固化形成三维零件。第一章 3D打印机的机构设计1.1 3D打印机整体支撑机构设计整体支撑由4块10mm厚铝板组成。这样的设计使得底座稳固性非常强，能保证打印机在工作的时候不会发生颤动影响打印精度。打印机的Z轴传动通过带轮传动完成，底部的电机转动带动同步带完成工作台上下运动。为了是打印机工作平稳，底座分别与4块支撑铝板用螺钉连接固定，4块支撑铝板互相连接。底座通过定位销定位，保证装配底座的平面度，减小对工作台精度的影响。设计如图：1.2 3D打印机运动机构设计1.2.1 工作台运动机构设计 工作平台通过镶嵌式固定。此固定方式可以方便工作平台的拆卸。对于工作平台的清理及维护更方便快捷。减少加工工艺上的时间消耗。 工作平台固定座通过直线导轨的连接方式。进行上下运动，这种运动方式可减少工作平台的不稳定性，提高加工精度。双皮带给予动力，使得工作平台受力均匀，加工精度高。1.2.2 X轴运动机构设计 X轴电机带动主轴运动。主轴通过同步带带动喷头前后运动。主轴通过四个深沟球轴承连接，使得主轴转动平稳。Y轴机构固定在X轴的滑块上面，整体进行前后运动。1.2.3 Y轴运动机构设计 Y轴电机带动皮带轮转动，使得喷头在直线轴承上面做左右往复运动。1.3喷头的选择 喷嘴系统的基本系统要求：热熔纤维原料为热熔胶，在熔化的热熔胶足够的固态状态下脱离熔融状态，并进一步降低喷嘴电极的直径，挤压模具压型可扫描路径。除了保证路径的移动速度同步和生丝率，对匀一緻材料堆放的路径，系统要求喷嘴成型技术供应：供给功能：由管材抽出，并提供成型材料送纱材料的功能和功能：固态活存器及时充分的熔融熔融丝喂纱装置，液化流道：熔融物料流道的功能，提供稳定的状态功能：将物料的丝径进行挤压，形成恒径 停止控制功能从原丝原丝速率匹配：通过调整扫描速度控制速度，实现彼此连携。为了确保必要的生丝路径从扫描请求立即由高品质的成型路径，特别是从路径。印刷技术是由熔融沉积成型控制方法的技术参数的选择需要，流过沿途的喷嘴控制基于分布在该层的加热层的液体的体积流量的液体材料厚度均匀。” 流体熔体用快速成形温度的温度变化和温度的技术schmelzextrusion喷嘴线是非常严重的，温度控制和注射室温度范围应是确保一个稳定的状态严热电热德拉特装置，对被干扰。质量不受影响，即使液体温度稳定盛模具的温度控制电路必须是我们，必须严格控制反应温度。 为了实现对三维模型的选择，许多过程尽可能减少，运动控制，X轴向位移，轴向通过Y的控制，均匀的宽度比每天的时间序列的一半，增加的速度。1.4电机的选择1.4.1步进电机的工作原理 在本文中，对步进电机的轴的运动，步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制系统。这种情况下，电机的转速和停止位置取决于，作为脉冲信号的频率和脉冲数，受负载变化的影响，也就是说，一个脉冲信号，电机是步进电机的步进角。周期误差的总误差，步进电机，速度，位置等，应用领域广泛。步进电机实物图步进电机接线图 步进电机驱动器。必须包括四部分，即控制电路、驱动电路、直流电源电路和步进电机。 控制电路可以控制电机向上的方向和速度，并鉴于一些数字逻辑电路或不由微控制器接收。驱动电路的主要控制电路输出控制信号到全功率，步进电机，步进电机驱动线圈的鼓励下，步进电机，微控制器驱动负载。该电路提供直流功率步进电机工作，需要在不超过规定值的情况下对电机进行稳压电源，否则容易烧坏电机。步进电机系统分为半步和半步。每一步，和半步之间的互动是1 - 2。 每次线圈引导。电能损耗小，精度好。但转矩相对较大，振动与1.8相互信号。毛皮是一种控制步进电机的方法，序列为3.1。如果将回波信号传送到步进电机。励磁顺序： ABCDA一相励磁动作顺序图两相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走1.8度。若以两相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如表3.2所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 励磁顺序： ABBCCDDAAB两相励磁动作顺序图半步励磁法：对于一个和两个阶段交替开启。由于分辨率提高，操作平稳，每个激励信号可以通过0.9度传输。如果采用1-2相励磁方式控制步进电机，则励磁顺序如表3.3所示。如果激励信号反向传输，则步进电机反转。励磁顺序： AABBBCCCDDDAA半步励磁动作顺序图1.4.2步进电机细分原理 从励磁方式已知，两相激励方式的步距角为1.8度，即一圈的200步；半阶激励方式，步距角为0.9度，即一圈的400步。油位传感器的旋转角度为0105度。如果采用半阶激励，步进电机在116步运动时，油位传感器转动指针可以移动到104.4度，而步进电机运动后的117步，角度为105.3度。为了使电机的运动处于整数步，使旋转的指针式液位传感器在0105的范围内移动为全量程，所以希望步进电机步进0.9分为几个步骤，这是步进电机每一步进小步运行。步进电机细分技术可以实现这样的功能： 步进电机细分原理是控制电机的励磁绕组电流，使步进电机定子的合成磁场根据步进距离实现磁场的旋转。当两相绕组同时与不同大小的电流连接时，各相产生的转矩的位置为零，这是一个新的平衡位置。步进电机细分控制的关键是根据细分电流波形对步进电机各相绕组的电流进行控制。 步进电机细分技术是一种电子阻尼技术，其主要目的是减少或消除步进电机的低频振动，提高电机运行的精度只是一种附加功能的 15 细分技术。例如，步进角为1.8相混合式步进电机，如果细分数设定细分驱动器为4，那么电机的分辨率运行0.45度的脉冲，电机的精度可以达到或接近0.45，还取决于细分细分驱动电流的控制精度和其他因素。不同厂家细分传动精度差异较大，细粒度越大，控制难度越大。表3不同精细度下步进电机的角度与步数的关系。随着微细馏分的增加，步进电机在阶跃运动后更接近油位传感器的最大范围。步进电机细分数、角度和步数关系步进电机的运动状态和电压信号的采集必须及时一致。指针式液位传感器的转速为每秒52.5度，假设步进电机在T的时候采取了一步到0.9度，以满足步进电机转速和液位传感器指针速度要求的一致性，则有， t=17ms如果步进电机不细分，应与本17ms /步的速度根据步进电机的控制。从采集的速度来看，它需要收集每10ms，所以对步进电机的步进电机细分是必要的。设置n个细分后的M步骤，可以进行集合。则有：*M=10N=2，M取1，采集间隔为8.5ms;M取2，采集间隔为17ms N=4，M取2，采集间隔为8.5ms;M取3，采集间隔为12.75ms N=8，M取4，采集间隔为8.5ms;M取5，采集间隔为10.625ms N=16，M取9，采集间隔为9.5625ms;M取10，采集间隔为10.625ms分数越高，步进电机的运动越精确，但控制难度越大。在两个方面：最大范围的采集速率和液位传感器，16段，在9步一系列的步进电机运动的每一个动作，9步角的理论值为0.50625度，步进电机的每一步的时间设定为1.0625ms，采集时间间隔9.5625ms。1.4.3步进电机的驱动电路步进电机驱动电路由脉冲发生器、功率驱动单元、反馈保护单元。脉冲发生器是根据输入信号的控制信号和步进电机的方向提供正确的功率序列。动力驱动单元提供电动机的电压和电流。反馈和保护单元为电路提供保护，例如过热等。在本文中，驱动步进电机的模型sh2024b2，这是由PWM，和相电流和司机的细分数有不同的文件。该驱动器的面板分为三部分：电源和连接部分，控制部分和步进电机的设置部分。该电源的输入电压为直流15V 36V，使开关电源电压24V。步进电机接线部分：步进电机的A+、A-、B+、B-分别对应驱动器上的A+、A-、B+、B-。 控制部分的信号有： OPTP：输入信号的公共阳端。需要接+5V，该电压由Switch Power直接提供+5V。 DIR：方向电平信号输入，高低电平控制电机的正转和反转，该信号由ARM控制。1.4.4电动机额定功率P0的计算 1、带所需功率Pw的计算 PwFwVw1000 19002.451000KW 4.655KW2、电动机所需功率Pd的计算PdPw0 4.6550.885 KW 5.260KW注：（1）传动装置各部件间的传递效率取值1为两个联轴器的传递效率：10.995 2为两对齿轮的传递效率：20.99 3为减速箱中三对轴承的传递效率：30.99 4为卷筒中一对轴承的传递效率：40.99 5为卷筒与运输带的传递效率：50.95 （2）串联传动装置总传动效率0为组成传动装置的各个运动副或传递副传递效率的乘积，即0123n（3）带式运输机传动装置的总传递效率为 0132323145 12223345 0.8853、电动机额定功率P0的计算 根据推荐计算公式P0 （11.3）Pd 有 P0 P0 1.3Pd 即 5.260KW P0 6.838KW1.4.5电动机转速nd的计算1、卷筒转速nw的计算 nw601000VwD 6010002.45（3.142360）rmin 130rmin2、电动机满载转速nd的计算 根据二级展开式圆柱齿轮减速器常用的传动比为i840和传动比的计算公式indnw 有 ndnwi 则 8ind40i 即 1040 rminnd5200 rmin初选步进电机型号 根据在130bf001最大静转矩表发现在国内高炉反应式步进电机的技术数据，TJMAX最大静转矩的估计是931n厘米 TJMAX能满足要求。考虑到经济型数控车床可以采用较大的切削用量，应选择具有一定余量的步进电机的较大转矩。另一方面,与国内同类型机床进行类比,决定采用150BF002步进电机.根据草图校核步进电机转矩：前面所述初选步进电机的转矩计算,均为估算;初选之后应该进行校核计算. 1 等效转动惯量计算 根据简图运动件的转动惯量J可由下式计算: J=J1+(Z1/Z2)2(J2+Js)+G(Lo/2)2/g式中 J1,J2齿轮Z1,Z2的转动惯量 (kgcm2)Js滚珠丝杠转动惯量 (kgcm2) J1=0.7810-3d14L1=(0.7810-36.442)kgcm2=2.62kgcm2 J2=0.7810-3d24L2=(0.7810-3842)kgcm2=6.39kgcm2 Js=(0.7810-344170)kgcm2=33.95kgcm2 G=2000N2齿轮惯量计算 对于刚材:J=0.78D4L10-3 刚材的密度为7.810-3kg/ cm3 式中 D圆柱体直径(cm); L圆柱体长度 (cm); 刚材的密度为7.810-3kg/ cm3 代入上式:J=J1+(Z1/Z2)2(J2+Js)+G(Lo/2)2/g =2.62+(32/40)2(6.39+33.95)+200(0.6/2)2/10kgcm2 =29.6kgcm2 J电机=(14)J N取2 电机惯量: J电机=2J=229.6=59.2kgcm2 总惯量: J=J电机+J=59.2+29.6=88.8kgcm23电机转矩计算：1) 快速空载起动惯性矩 T惯=J=J(2nmax10-2)/(60ta) nmax=(max/p)(b/360) 将前面数据代入,式中各符号意义同上 nmax=(max/p)(b/360) =(4000/0.01)(0.75/360)=833.3r/min 起动加速时间ta=200ms T惯=J(2nmax10-2)/(60ta) =88.8(2833.310-2)/(600.2)Ncm=387.31Ncm 2) 快速空载起动 T负1=Tf+To+T惯 折算到电机轴上的摩擦转矩Tf Tf=FoLo/2i=f(FY+G)Lo/2(Z1/Z2)=0.04(5000+2000)0.6/20.81.25Ncm=26.75Ncm 附加摩擦转矩To To=FpoLo(1-o2)i/(2)=(1/3)FmLo(1-o2)i/(2) =(1/3)17750.6(1-0.92)0.8/(20.8)Ncm=10.74Ncm 传动链总效率,一般可取0.70.85此处取0.8; i传动比; Fpo滚珠丝杠预加负荷,一般取1/3Fm,Fm为进给牵引力(N); o滚珠丝杠未预紧时的传动效率,一般取0.9; FY垂直方向的切削力(N); T负1 =26.75+10.74+387.31=424.8Ncm 3) 快速移动时所需转矩 T负2 T负2=T摩=Tf+To=26.75+10.74Ncm=37.49Ncm 4) 最大(直线,匀速)切削负载时所需转矩T负3 T切=(FZLoi)/(2) =(13000.60.8)/(20.8)=124.2Ncm T负3=T切+T摩=124.2+37.49Ncm=161.69Ncm 5) 加速切削 T负4=T切+T摩+T惯 =124.2+37.49+387.31Ncm=549Ncm 从以上计算说明可以看出T负1 ,T负2,T负3和T负4此四种情况下,这是所需转矩最大的加速切削,所以以此作为校核步进电机转矩的依据.T电机静转矩=(25)T负4 取2倍 则:T电机静转矩=2549Ncm=1098Ncm 从我国自主生产的BF反应式步进电机的技术表中得出150BF002型步进电机最大转矩为13.72,大于所需最大静转矩,以满足此项要求. 当高速运动以及切削进给时,按150BF002型步进电机运行矩频特性图，基本符合此类型,所以初步选择150BF002型步进电机。根据机械理论知识 等效转动惯量计算1 . 运动件的转动惯量J可由下式计算: J=J1+(Z1/Z2)2(J2+Js)+G(Lo/2)2/g J1=0.7810-3（d1）4L1=(0.7810-36.442)kgcm2=2.62kgcm2 J1=0.7810-3（d1）4L1=(0.7810-33.641.8)kgcm2=0.236kgcm2 J1= J1+ J1=2.62+0.236=2.856 kgcm2 J2=0.7810-3(d2)4L2=(0.7810-3842)kgcm2=6.39kgcm2 J2=0.7810-3(d2)4L2=(0.7810-33.640.9)kgcm2=0.118kgcm2 J2= J2+ J2=6.39+0.118=6.508 kgcm2 Js=(0.7810-344170)kgcm2=33.95kgcm2 G=2000N 代入上式:J=J1+(Z1/Z2)2(J2+Js)+G(Lo/2)2/g =2.856+(32/40)2(6.508+33.95)+2000(0.6/2)2/10kgcm2 =29.9kgcm2 J电机=(14)J N取2 电机惯量: J电机=2J=229.9=59.8kgcm2 总惯量: J=J电机+J=59.8+29.9=89.7kgcm22 . 电机转矩计算 1) 快速空载起动惯性矩 T惯=J=J(2nmax10-2)/(60ta) nmax=(max/p)(b/360) 将前面数据代入,式中各符号意义同上 nmax=(max/p)(b/360) =(4000/0.01)(0.75/360)=833.3r/min 起动加速时间ta=200ms T惯=J(2nmax10-2)/(60ta)=89.7(2833.310-2)/(600.2)Ncm=391.176Ncm 2) 快速空载起动 T负1=Tf+To+T惯 折算到电机轴上的摩擦转矩Tf Tf=FoLo/2i=f(FY+G)Lo/2(Z1/Z2) =0.04(5000+2000)0.6/20.81.25Ncm =26.75Ncm 附加摩擦转矩To To=FpoLo(1-o2)i/(2)=(1/3)FmLo(1-o2)i/(2) =(1/3)17750.6(1-0.92)0.8/(20.8)Ncm =10.74Ncm T负1 =26.75+10.74+391.176=428.67Ncm 3) 快速移动时所需转矩 T负2 T负2=T摩=Tf+To=26.75+10.74Ncm=37.49Ncm4) 最大(直线,匀速)切削负载时所需转矩T负3 T切=(FZLoi)/(2) =(13000.60.8)/(20.8)=124.2Ncm T负3=T切+T摩=124.2+
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