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3D打印机传动系统设计【8张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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CAD图纸

3D打印机装配图A0.dwg

Y-轴承套A3.DWG

Z-轴承套A3.DWG

底座A3.DWG

打印面板A0.DWG

挤出机大齿轮A3.DWG

挤出机驱动齿轮A4.DWG

步进电机A3.DWG

中国地质大学长城学院3D打印机_检测报告.zip

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关键词：: 打印机传动系统设计 cad 图纸毕业论文答辩通过

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底座A3.DWG

打印面板A0.DWG

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3D打印机传动系统设计

摘要

打印机发出指令，这样3D打印机打印出来的的切片就会逐渐累积复制模型.文章对3D打印技术、3D打印机国内外的研究现状、3D打印机的优势极其面临问题等做了综合介绍,综述了3D打印机工作原理和特点及其发展趋势并展望了3D打印机未来的发展和突破,阐述了本文3D打印机的总体方案与结构设计、机械结构和电机与传感器的选择.

关键词:3D打印机;未来发展;发展突破;方案设计

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

引言1

1绪论2

1.1国内外3D打印机的研究现状2

1.1.1 国外3D打印机的研究现状2

1.1.2国内3D打印机的研究现状 2

1.23D打印机的发展趋势2

1.2.1 3D打印产业的未来发展前景 2

1.2.2 3D打印技术未来发展的主要趋势 3

1.33D打印机的工作原理及特点3

1.3.1 3D打印的工作原理3

1.3.2 3D打印的特点4

1.4发展创新与突破4

1.4.1 3D打印应用领域拓展延伸5

1.4.2 3D打印速度尺寸及技术日新月异5

1.4.3 设计平台革新5

2 总体方案及结构设计5

2.1引言5

2.2总体框架的设计6

2.3温度控制回路的设计6

2.4XYZ三方向控制电机的设计6

2.5喷头移动及喷出量调节的设计7

3 机械结构7

3.1传动方式的选择7

3.2转动惯量的计算8

3.3喷头的选择8

4 电机的选择9

4.1伺服电机和步进电机的对比9

4.2直流交流伺服电机对比10

4.3负载转矩的计算11

4.4打印速度的初步估计11

4.5加速和减速运动的控制11

4.6 振动和噪音12

5 传感器12

5.1温度传感器对比12

5.2机械位置传感器14

5.3压力传感器15

6 3D打印机的优点及面临问题17

6.13D打印机的优点17

6.23D打印技术面临的问题17

参考文献18

致谢19

引言

随着时代的进步，我们的生活水平不断提高，与此同时，人口的增长形成了鲜明的对比，我们需要更多的商品来满足物质生活的条件。这肯定会引起我们对商品的需求也将越来越高，做工精细，独特的货物生产将流行在人民群众之中。现在，我们有先进的技术—3D打印，我们可以通过三维打印机打印出所有的东西，我们需要的和想要的。三维打印技术广泛应用，它可以应用在医疗行业，科研，产品模型，架构设计，制造和食品等，前景广阔。

3D打印技术,数字模型文件是基于使用金属或塑料粉材料通过一层一层地印刷技术来构造对象。3 D打印机出现在1990年代中期,光固化快速成型设备和纸张纹理技术的使用。它基本上也是作为一个普通的打印机,打印机由液体或粉“印度材料”与电脑连接,电脑控制印刷材料层复合在一起,最终成为蓝图的电脑。今天,这项技术已经应用在许多领域,人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜点。

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3D打印机装配图A0.jpg

QQ截图20150701104251.jpg

QQ截图20150701104336.jpg

Y-轴承套A3.jpg

Z-轴承套A3.jpg

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底座A3.jpg

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内容简介：: 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）任务书学生姓名邱陵班级机制 6 班专业机械设计制造及其自动化指导教师杨运强职称教授单位工程学院毕业设计（论文）题目 3D 打印机传动系统设计开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）毕业设计（论文）主要内容和要求： 3D 打印（三维打印或 3D printing），它是一种快速成形技术，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。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。 3D打印机主要技术指标如下：成型体积（长宽高）： 200mm 200mm 200mm；打印速度： 300mm/s(建议使用速度 150mm/s）；打印精度： XY 轴： 0.1mm（推荐 42 步进电机）； Z 轴： 0.05mm（ 42 步进电机带螺杆）；最大加热温度： 300；喷嘴直径： 0.4mm；耗材直径： 1.75mm；喷头数量： 1。设计该款 3D 打印机机械传动部分，完成方案规划，设计计算，图纸绘制。毕业设计（论文）的工作量要求： (1)字数要求 2.0 万左右； (2)外文资料翻译不少于 3 千汉字 (或 2 万印刷符）； (3)折算图纸工作量不少于 1图 3 张（包括总体图、部件装配图、零件图等）。毕业设计（论文）主要参考资料： 1 严学高，孟正大 .机器人原理 .南京 :东南大学出版社， 2003. 2 机械设计师手册 .北京 :机械工业出版社， 2006. 3 王金娥等机电一体化课程设计指导书 M北京大学出版社， 2012 毕业设计（论文）应完成的主要工作： (5) 了解本课题研究意义，调研本课题国内外研究情况及存在问题；写出调研报告。 (6) 进行课题方案规划和详细设计，完成全部设计。 (7) 撰写设计计算说明书，字数不少于 5000 字，且打印输出并装订、格式一律参照“中国地质大学毕业设计（论文）写作规范”要求，提交毕业设计 Word 文档电子版并打印； (8) 提交 AutoCAD 图纸电子版并打印图纸。 nts 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日 nts 3D 打印机 3D 打印技术（英语： 3Dprinting），即快速成形技术的一种，它是一种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。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。“ 3D 打印技术”意味着这项技术的普及。 3D 打印技术出现在上世纪 90 年代中期，实际上是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。这一技术如今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。 3D 打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。近年来 ,3D 打印技术发展迅速 ,在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段 ,在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。具体应用领域包括： 1、机械制造： 3D 打印技术制造飞机零件、自行车、步枪、赛车零件等。 2、医疗行业：在医学领域，借助 3D打印制作假牙，股骨头、膝盖等骨关节技术应用也非常广，技术越来越成熟。 3、建筑行业：工程师和设计师们已经接受了用 3D 打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美，完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。 4、汽车制造行业：用 3D 打印技术为汽车公司制造自动变速箱的壳体。汽车公司会对变速箱进行各种极端状况下的测试，其中一些零件就是用 3D 打印方法做的。定型了以后，再开模具，然后按照传统制造方法批量生产，这样成本就会大大降低。 5、教育：可应用于模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校， 3D 打印机已经被用于教学和科研。 6、消费品：可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意 DIY 作品的设计和制造。 nts 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 90s 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. nts5, 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. nts 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名邱陵学号 05211601 专业班级 11级机制 6班指导教师杨运强职称教授单位工程学院课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目 3D 打印机传动系统设计开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）一、课题的目的及意义 1、研究目的： 3D 打印带来了全世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而 3D 打印技术的出现，将会颠覆这一生产思路，任何复杂形状的设计均可以通过 3D 打印技术来实现，它无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。 2、研究意义：本课题研究的 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。二、研究现状在国外经过十多年的探索和发展， 3D 打印技术有了长足的进步，目前已经能够在 0.01mm 的单层厚度上实现 600dpi 的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时 25mm 厚度的垂直速率，并可实现 24 位色彩的彩色打印。在国内，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。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。三、研究内容本报告研究的 3D 打印机的传动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 ,带动喷头进行 X、 Y、 Z 三个方向的移动 ,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。 nts 四、研究方案 3D 打印机主要技术指标如下：成型体积（长宽高）： 200mm 200mm 200mm；打印速度： 300mm/s(建议使用速度 150mm/s）；打印精度： XY 轴： 0.1mm（推荐 42 步进电机）； Z 轴： 0.05mm（ 42 步进电机带螺杆）；最大加热温度： 300；喷嘴直径： 0.4mm；耗材直径： 1.75mm；喷头数量： 1。设计该款 3D 打印机机械传动部分，完成方案规划，设计计算，图纸绘制。毕业设计（论文）的工作量要求： (1)字数要求 2.0 万左右； (2)外文资料翻译不少于 3 千汉字 (或 2 万印刷符）； (3)折算图纸工作量不少于 1图 3 张（包括总体图、部件装配图、零件图等）。五、进度安排 2、 2014-12-01 至 2015-01-07 编写论文提纲，撰写开题报告，进行开题。 3、 2015-01-08 至 2015-01-20 实习期间进行一步查找资料，作社会调查。 4、 2015-01-21 至 2015-02-20 撰写论文，完成第一稿，并交指导教师。 5、 2015-02-20 至 2015-04-15 完善论文并绘制图纸。 10、 2015-04-16 至 2015-04-30 专家评阅。 11、 2015-05-01 至 2015-05-15 毕业论文答辩。六、预期结果 1. 了解本课题研究意义，调研本课题国内外研究情况及存在问题；写出调研报告。 2. 进行课题方案规划和详细设计，完成全部设计。 3. 撰写设计计算说明书，字数不少于 5000 字，且打印输出并装订、格式一律参照“中国地质大学毕业设计（论文）写作规范”要求，提交毕业设计 Word 文档电子版并打印； 4. 提交 AutoCAD 图纸电子版并打印图纸。七、参考文献 1 严学高，孟正大 .机器人原理 .南京 :东南大学出版社， 2003. 2 机械设计师手册 .北京 :机械工业出版社， 2006. 3 王金娥等机电一体化课程设计指导书 M北京大学出版社， 2012 nts 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日 nts 中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：邱陵学号： 05211601 2015 年 4 月 1 日 nts 1 3D 打印机的发展前景 1、 3D打印概念 3D 打印（ 3D printing），即快速成型技术的一种，也称为增材制造技术，它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，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。快速成型技术诞生于 20 世纪 80 年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。3D 打印技术被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”，早在 20 世纪 90 年代中期就已出现，但由于价格昂贵，技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过 20 多年的发展，该技术已更加娴熟、精确，且价格有所降低。 2、 3D打印机工作原理 “ 3D 打印”层层印刷的原理和喷墨打印机类似，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制采用分层加工，叠加成型的方式来“造型”，会将设计产品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，一层一层叠加起来，最终在计算机上的蓝图变为实物。 3D 打印是一种直接数字化制造技术，是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后是喷洒一层均匀的粉末。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用，加工过程仅需确定所需塑料、树脂、金属等物料，材料耗费仅相当于传统制造的十分之一，而误差可轻易控制到 0.1mm之内。它无需生产线，亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的零件。三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。分步骤描述如下： 1、三维建模通过 goSCAN 之类的专业 3D 扫描仪或是 Kinect 之类的 DIY 扫描设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成二维模型。也可以使用 Blender、 SketchUp、AutoCAD 等二维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用其他人已做好的 3D 模型。 2、分层切割由于描述方式的差异， 3D 打印机并不能直接操作 3D 模型。当 3D 模型输入到电脑中以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理，即将模型切分成一层层的薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。 3、打印喷涂由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中，根据工作原理的不同，有多种实现方式。比较流行的做法是先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末，如此反nts 2 复；或是通过高能激光融化合金材料，一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。 4、后期处理模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所需要的模型的制作。 3、 3D打印机的国内外现状在国外经过十多年的探索和发展， 3D 打印技术有了长足的进步，美国加州大学最新开发的“轮廓工艺”技术，在美国航天局的出资赞助下，可以在 24 小时以内打印一栋两层楼的房子。澳洲一家石墨矿公司和一家 3D 打印公司合作已经可以用石墨烯打印电池，充放电速度比普通电池快 1000 倍。 3D 打印技术也已经到发展到生物打印，瑞士苏黎世联邦理工学院的 3D 生物打印技术团队利用肋骨的软骨组织打印出新的耳朵。在国内，多所高校开展了 3D 打印技术的自主研发。根据美国 3D 打印机行业研究机构 WohlersAssociates 公布的权威报告指出，中国华东科技大学已经获得多项 3D 打印机研究成果，另外清华大学、西安交通大学等众多大学也取得一些研发成果。近年来，国内一些企业已经实现了 3D 打印机的整机生产和销售，浙江湘湖已经逐渐建立起了 3D 小镇，整个 3D 产业园区为 3D 打印企业提供了一个很好的平台，抱团发展。 3D 打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，我国已经广泛应用到航空、航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造，我国的 3D 打印技术也正在蓬勃发展。 4、 3D 打印相关软件 Blender、 SketchUp、 AutoCAD 在 3D 打印的制作过程中，用到软件的方面应该是在 3D 打印的三维模型设计上（不包括其余过程中的常用的操作软件）。模型的设计可以说是整个 3D 打印过程的核心部分，是 3D 打印产品的根本。在此介绍几种建立三维数字化模型的建模软件。 Blender： Blender 是一个开源的多平台轻量级全能三维动画制作软件，提供从建模，动画，材质，渲染，到音频处理，视频剪辑的一系列动画短片制作解决方案。 blender 以 python 为内建脚本，支持 yafaray 渲染器，同时还内建游戏引擎。完整集成的创作套件，提供了全面的 3D 创作工具，包括建模（ modeling）、uv 映射（ uv-mapping）、贴图（ texturing）、索链关连（ rigging）、蒙皮（ skinning）、动画（ animation）、粒子（ particle）和其它系统的模拟、脚本控制（ scripting）、渲染（ rendering）、合成（ compositing）、后期处理（ post-production）和游戏制作； SketchUp： Google Sketchup 是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作nts 3 的优秀工具。 google SketchUp 软件同 3dmax 等 3 维制作软件同样，有丰富的模型资源，在设计中可以直接调用、插入、复制等进行编辑任务。 AutoCAD： AutoCAD（ Auto Computer Aided Design）是美国 Autodesk 公司首次于 1982 年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。 AutoCAD 具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。 AutoCAD 具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。 5、 3D 打印技术的优缺点 5.1、优点一是最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；二是能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计；三是不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件；四是它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期；五是 3D 打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；六是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。 5.2、缺点任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通过 3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。强度问题：房子、车子固然能“打印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来？精度问题：由于分层制造存在 “台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差；材料的局限性：目前供 3D 打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。能够应用于3D 打印的材料还是很单一，以塑料为主，并且打印机对单一材料也非常挑剔。 nts 4 参考文献 1 孙晓林 . 3D打印技术的应用 J.2013-07-13. 2 刘红光 ,杨倩 ,刘桂锋 ,刘琼 . 国内外 3D打印快速成型技术的专利情报分析 .J2013-06. 3 王忠宏 ,李扬帆 ,张曼茵 .中国 3D打印产业的现状及发展思路 .J2013-01-04 4 李青 .3D打印一种新兴的学习技术 .C2013-05-15 5 Lam C;MoX Scaffold development using 3D printing with a starch-based polymer2002(C20) 6 Rowe C W Multimechanism oraldosage forms fabricated by three dimensional printing外文期刊 2000(01) 7 许廷涛 3D打印技术产品设计新思维 J电脑与电信， 2012,9 :5-7 8 古丽萍蓄势待发的 3D打印机及其发展 J 数码印刷 2011,10 :64-67 9 蔡恩泽 3D打印颠覆传统制造业 J 中国中小企业， 2012,11 :46-47 10 刘厚才 ,莫健华 ,等 .三维打印快速成形技术及其应用 J机械科学与技术， 2008， 9:12-14 11 刘厚才 ,莫健华 ,等 .三维打印快速成形技术及其应用，机械科学与技术， 2007,27(9):23-26. 12 陈步庆 ,林柳兰 ,等 .三维打印技术及系统研究 J机电一体化， 2005，（ 4） :31-32 13 胡发宗 ,赵毅 ,等 .三维立体打印机的成形技术，上海交通大学 ,2012(8):16-18. nts长城学院毕业设计中期考核表格 2015 附表 1 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）中期质量检查指标表检查指标指标内涵及标准选题质量选题方向和范围符合本专业的培养目标，能够达到科学研究和实践能力培养和锻炼的目的，保证每个学生一人一题，且题目不能雷同难易度满足专业培养方案中对素质、能力和知识结构的要求，难易适中，工作量适当，通过学生努力能按期完成毕业论文（设计）各项工作理论意义和实际应用价值选题符合本学科专业的发展，符合科技、经济和社会发展的需要，能够理论联系实际，具有一定的科技、应用的参考价值能力水平查阅和应用文献资料能力能独立检索中外文献资料，对资料进行分析、综合、归纳等整理，并能对所研究问题的现状进行综述，提出存在的问题或进一步发展的方向综合运用知识能力能够综合应用所学知识，对课题所研究问题进行分析、论述，研究目标明确，内容具体，且具有一定的深度研究方法熟练运用本专业的方法、手段和工具开展毕业论文（设计）实践研究研究方法科学，实验数据准确可靠，理论分析与计算准确，结果正确；有较强的实际动手能力和现代技术应用能力外文应用论文外文摘要、关键词翻译准确学习态度论文写作态度学习态度认真，遵守纪律，论文完全符合规范化要求主动联系教师情况及时主动的与指导教师取得联系，沟通解决论文写作过程中遇到的问题论文完成进度按照开题报告中的任务要求按期完成论文写作的任务撰写质量文题相符主题鲜明，观点正确，重点突出，论文紧扣主题内容与写作能够完整地反映实际完成的工作，概念清楚，内容正确，数据可靠，结果可信结构与水平结构严谨，语言通顺，立论正确，论据充分，论证严密，分析深入，结论正确写作规范行文表述规范，标点、符号、计量单位、图表、曲线等的运用和引用均符合各学科、各专业的规定及符合我院的毕业论文（设计）工作的相关规范要求篇幅毕业论文（设计）材料齐备，用中文撰写的正文字数一般在 8000 字以上（英语撰写的字数不少于 4000 个单词，日语撰写的字数不少于 8000 个假名） nts附表 2：长城学院本科毕业设计（论文）中期检查表系：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化检查日期： 2015.4.7 学生姓名邱陵论文题目 3D 打印机传动系统设计任务书已完成（），进行中（）参考文献 10 篇：其中外文文献 1 篇外文翻译已完成（），进行中（）；完成字数约： 4000 字（翻译成的汉字字数）开题报告已完成（），进行中（）；完成字数约： 5000 字正文已完成（），进行中（）；完成比比例： 100 % 已完成的任务目前完成了开题报告，外文翻译，设计说明书的撰写以及部分图纸的绘制。待完成的任务部分图纸尚未完成。存在的问题一些标注不合理。一些结构设计太简单，实用性差，不足以用于实际生产。采取的办法查阅资料，对设计上出现的错误予以改正。指导教师意见建议多联系实际，多考虑实际制造生产方面的问题。指导教师签名：注：按表中的要求填写，选项打钩（）； nts附表 3 毕业论文（设计）教师指导记录表毕业论文（设计）题目 3D 打印机学生姓名邱陵系（部）工程技术系学生学号 05211601 专业班级机制 6 班指导教师姓名杨运强职称教授主要指导内容：收集资料，并整理资料完成论文任务书。编写论文提纲，撰写开题报告。指导时间： 2015 年 1 月 1 日主要指导内容：编写论文提纲，撰写开题报告。指导时间： 2015年 1 月 8 日主要指导内容：实习寻找资料，并深入理解 3D 打印机。指导时间： 2015 年 2 月 1 日主要指导内容：撰写论文，初步完成论文。指导时间： 2015 年 4 月 3 日注：此表由指导教师按毕业论文（设计）的主要工作阶段填写主要指导内容。系主任签字（盖章）：nts nts 中国地质大学长城学院本科毕业设计题目 3D 打印机传动系统设计系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名邱陵学号 05211601 指导教师杨运强职称教授 2015 年 04 月 18 日nts 本科毕业生毕业论文（设计）诚信承诺书毕业论文（设计）题目 3D 打印机传动系统设计学生姓名邱陵专业机制学号 05211601 指导老师杨运强职称教授所在系别工程技术系诚信承诺本人慎重承诺和声明：我承诺在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业论文中不剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，不篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：年月日 nts nts 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）任务书学生姓名邱陵班级机制 6 班专业机械设计制造及其自动化指导教师杨运强职称教授单位工程学院毕业设计（论文）题目 3D 打印机传动系统设计开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）毕业设计（论文）主要内容和要求： 3D 打印（三维打印或 3D printing），它是一种快速成形技术，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。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。 3D打印机主要技术指标如下：成型体积（长宽高）： 200mm 200mm 200mm；打印速度： 300mm/s(建议使用速度 150mm/s）；打印精度： XY 轴： 0.1mm（推荐 42 步进电机）； Z 轴： 0.05mm（ 42 步进电机带螺杆）；最大加热温度： 300；喷嘴直径： 0.4mm；耗材直径： 1.75mm；喷头数量： 1。设计该款 3D 打印机机械传动部分，完成方案规划，设计计算，图纸绘制。毕业设计（论文）的工作量要求： (1)字数要求 2.0 万左右； (2)外文资料翻译不少于 3 千汉字 (或 2 万印刷符）； (3)折算图纸工作量不少于 1图 3 张（包括总体图、部件装配图、零件图等）。毕业设计（论文）主要参考资料： 1 严学高，孟正大 .机器人原理 .南京 :东南大学出版社， 2003. 2 机械设计师手册 .北京 :机械工业出版社， 2006. 3 王金娥等机电一体化课程设计指导书 M北京大学出版社， 2012 毕业设计（论文）应完成的主要工作： (5) 了解本课题研究意义，调研本课题国内外研究情况及存在问题；写出调研报告。 (6) 进行课题方案规划和详细设计，完成全部设计。 (7) 撰写设计计算说明书，字数不少于 5000 字，且打印输出并装订、格式一律参照“中国地质大学毕业设计（论文）写作规范”要求，提交毕业设计 Word 文档电子版并打印； (8) 提交 AutoCAD 图纸电子版并打印图纸。 nts 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日 nts 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名邱陵学号 05211601 专业班级 11级机制 6班指导教师杨运强职称教授单位工程学院课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目 3D 打印机传动系统设计开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）一、课题的目的及意义 1、研究目的： 3D 打印带来了全世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而 3D 打印技术的出现，将会颠覆这一生产思路，任何复杂形状的设计均可以通过 3D 打印技术来实现，它无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。 2、研究意义：本课题研究的 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。二、研究现状在国外经过十多年的探索和发展， 3D 打印技术有了长足的进步，目前已经能够在 0.01mm 的单层厚度上实现 600dpi 的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时 25mm 厚度的垂直速率，并可实现 24 位色彩的彩色打印。在国内，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。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。三、研究内容本报告研究的 3D 打印机的传动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 ,带动喷头进行 X、 Y、 Z 三个方向的移动 ,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。 nts 四、研究方案 3D 打印机主要技术指标如下：成型体积（长宽高）： 200mm 200mm 200mm；打印速度： 300mm/s(建议使用速度 150mm/s）；打印精度： XY 轴： 0.1mm（推荐 42 步进电机）； Z 轴： 0.05mm（ 42 步进电机带螺杆）；最大加热温度： 300；喷嘴直径： 0.4mm；耗材直径： 1.75mm；喷头数量： 1。设计该款 3D 打印机机械传动部分，完成方案规划，设计计算，图纸绘制。毕业设计（论文）的工作量要求： (1)字数要求 2.0 万左右； (2)外文资料翻译不少于 3 千汉字 (或 2 万印刷符）； (3)折算图纸工作量不少于 1图 3 张（包括总体图、部件装配图、零件图等）。五、进度安排 2、 2014-12-01 至 2015-01-07 编写论文提纲，撰写开题报告，进行开题。 3、 2015-01-08 至 2015-01-20 实习期间进行一步查找资料，作社会调查。 4、 2015-01-21 至 2015-02-20 撰写论文，完成第一稿，并交指导教师。 5、 2015-02-20 至 2015-04-15 完善论文并绘制图纸。 10、 2015-04-16 至 2015-04-30 专家评阅。 11、 2015-05-01 至 2015-05-15 毕业论文答辩。六、预期结果 1. 了解本课题研究意义，调研本课题国内外研究情况及存在问题；写出调研报告。 2. 进行课题方案规划和详细设计，完成全部设计。 3. 撰写设计计算说明书，字数不少于 5000 字，且打印输出并装订、格式一律参照“中国地质大学毕业设计（论文）写作规范”要求，提交毕业设计 Word 文档电子版并打印； 4. 提交 AutoCAD 图纸电子版并打印图纸。七、参考文献 1 严学高，孟正大 .机器人原理 .南京 :东南大学出版社， 2003. 2 机械设计师手册 .北京 :机械工业出版社， 2006. 3 王金娥等机电一体化课程设计指导书 M北京大学出版社， 2012 nts 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日 nts 中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：邱陵学号： 05211601 2015 年 4 月 1 日 nts 3D 打印机的发展前景 1、 3D打印概念 3D 打印（ 3D printing），即快速成型技术的一种，也称为增材制造技术，它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，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。快速成型技术诞生于 20 世纪 80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。 3D打印技术被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”，早在 20 世纪 90 年代中期就已出现，但由于价格昂贵，技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过 20 多年的发展，该技术已更加娴熟、精确，且价格有所降低。 2、 3D打印机工作原理 “ 3D 打印”层层印刷的原理和喷墨打印机类似，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制采用分层加工，叠加成型的方式来“造型”，会将设计产品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，一层一层叠加起来，最终在计算机上的蓝图变为实物。 3D打印是一种直接数字化制造技术，是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后是喷洒一层均匀的粉末。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用，加工过程仅需确定所需塑料、树脂、金属等物料，材料耗费仅相当于传统制造的十分之一，而误差可轻易控制到 0.1mm 之内。它无需生产线，亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的零件。三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型 “分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。分步骤描述如下： 1、三维建模通过 goSCAN之类的专业 3D扫描仪或是 Kinect之类的 DIY扫描设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成二维模型。也可以使用 Blender、 SketchUp、 AutoCAD 等二维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用其他人已做好的 3D 模型。 2、分层切割由于描述方式的差异， 3D打印机并不能直接操作 3D模型。当 3D 模型输入到电脑中以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理，即将模型切分成一层层的薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。 3、打印喷涂由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中，根据工作原理的不同，有多种实现方式。比较流行的做法是先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末，如此反复；或是通过高能激光融化合金材料，一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。 nts 4、后期处理模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所需要的模型的制作。 3、 3D打印机的国内外现状在国外经过十多年的探索和发展， 3D 打印技术有了长足的进步，美国加州大学最新开发的“轮廓工艺”技术，在美国航天局的出资赞助下，可以在 24 小时以内打印一栋两层楼的房子。澳洲一家石墨矿公司和一家 3D 打印公司合作已经可以用石墨烯打印电池，充放电速度比普通电池快 1000 倍。 3D 打印技术也已经到发展到生物打印，瑞士苏黎世联邦理工学院的 3D 生物打印技术团队利用肋骨的软骨组织打印出新的耳朵。在国内，多所高校开展了 3D打印技术的自主研发。根据美国 3D 打印机行业研究机构WohlersAssociates 公布的权威报告指出，中国华东科技大学已经获得多项 3D打印机研究成果，另外清华大学、西安交通大学等众多大学也取得一些研发成果。近年来，国内一些企业已经实现了 3D 打印机的整机生产和销售，浙江湘湖已经逐渐建立起了 3D小镇，整个3D产业园区为 3D打印企业提供了一个很好的平台，抱团发展。 3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，我国已经广泛应用到航空、航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造，我国的 3D 打印技术也正在蓬勃发展。 4、 3D 打印相关软件 Blender、 SketchUp、 AutoCAD 在 3D 打印的制作过程中，用到软件的方面应该是在 3D 打印的三维模型设计上（不包括其余过程中的常用的操作软件）。模型的设计可以说是整个 3D 打印过程的核心部分，是 3D打印产品的根本。在此介绍几种建立三维数字化模型的建模软件。 Blender： Blender 是一个开源的多平台轻量级全能三维动画制作软件，提供从建模，动画，材质，渲染，到音频处理，视频剪辑的一系列动画短片制作解决方案。 blender 以 python为内建脚本，支持 yafaray 渲染器，同时还内建游戏引擎。完整集成的创作套件，提供了全面的 3D 创作工具，包括建模（ modeling）、 uv 映射（ uv-mapping）、贴图（ texturing）、索链关连（ rigging）、蒙皮（ skinning）、动画（ animation）、粒子（ particle）和其它系统的模拟、脚本控制（ scripting）、渲染（ rendering）、合成（ compositing）、后期处理（ post-production）和游戏制作； SketchUp： Google Sketchup 是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。google SketchUp 软件同 3dmax等 3 维制作软件同样，有丰富的模型资源，在设计中可以直接调用、插入、复制等进行编辑任务。 AutoCAD： AutoCAD（ Auto Computer Aided Design）是美国 Autodesk 公司首次于 1982 年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。 AutoCAD 具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作nts 效率。 AutoCAD 具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。 5、 3D 打印技术的优缺点 5.1、优点一是最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；二是能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计；三是不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件；四是它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期；五是 3D 打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；六是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。 5.2、缺点任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通过 3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。强度问题：房子、车子固然能“打印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来？精度问题：由于分层制造存在 “台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差；材料的局限性：目前供 3D 打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。能够应用于 3D 打印的材料还是很单一，以塑料为主，并且打印机对单一材料也非常挑剔。 nts 参考文献 1 孙晓林 . 3D打印技术的应用 J.2013-07-13. 2 刘红光 ,杨倩 ,刘桂锋 ,刘琼 . 国内外 3D打印快速成型技术的专利情报分析 .J2013-06. 3 王忠宏 ,李扬帆 ,张曼茵 .中国 3D打印产业的现状及发展思路 .J2013-01-04 4 李青 .3D打印一种新兴的学习技术 .C2013-05-15 5 Lam C;MoX Scaffold development using 3D printing with a starch-based polymer2002(C20) 6 Rowe C W Multimechanism oraldosage forms fabricated by three dimensional printing外文期刊 2000(01) 7 许廷涛 3D打印技术产品设计新思维 J电脑与电信， 2012,9 :5-7 8 古丽萍蓄势待发的 3D打印机及其发展 J 数码印刷 2011,10 :64-67 9 蔡恩泽 3D打印颠覆传统制造业 J 中国中小企业， 2012,11 :46-47 10 刘厚才 ,莫健华 ,等 .三维打印快速成形技术及其应用 J机械科学与技术， 2008， 9:12-14 11 刘厚才 ,莫健华 ,等 .三维打印快速成形技术及其应用，机械科学与技术， 2007,27(9):23-26. 12 陈步庆 ,林柳兰 ,等 .三维打印技术及系统研究 J机电一体化， 2005，（ 4） :31-32 13 胡发宗 ,赵毅 ,等 .三维立体打印机的成形技术，上海交通大学 ,2012(8):16-18. nts 3D 打印机传动系统设计摘要打印机发出指令，这样 3D 打印机打印出来的的切片就会逐渐累积复制模型 .文章对3D 打印技术、 3D 打印机国内外的研究现状、 3D 打印机的优势极其面临问题等做了综合介绍 ,综述了 3D打印机工作原理和特点及其发展趋势并展望了 3D打印机未来的发展和突破 ,阐述了本文 3D 打印机的总体方案与结构设计、机械结构和电机与传感器的选择 . 关键词 :3D 打印机 ;未来发展 ;发展突破 ;方案设计 nts 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 nts 目录引言 . 1 1 绪论 . 2 1.1 国内外 3D 打印机的研究现状 . 2 1.1.1 国外 3D 打印机的研究现状 . 2 1.1.2 国内 3D 打印机的研究现状 . 2 1.2 3D 打印机的发展趋势 . 2 1.2.1 3D 打印产业的未来发展前景 . 2 1.2.2 3D 打印技术未来发展的主要趋势 . 3 1.3 3D 打印机的工作原理及特点 . 3 1.3.1 3D 打印的工作原理 . 3 1.3.2 3D 打印的特点 . 4 1.4 发展创新与突破 . 4 1.4.1 3D 打印应用领域拓展延伸 . 5 1.4.2 3D 打印速度尺寸及技术日新月异 . 5 1.4.3 设计平台革新 . 5 2 总体方案及结构设计 . 5 2.1 引言 . 5 2.2 总体框架的设计 . 6 2.3 温度控制回路的设计 . 6 2.4 XYZ 三方向控制电机的设计 . 6 2.5 喷头移动及喷出量调节的设计 . 7 3 机械结构 . 7 3.1 传动方式的选择 . 7 3.2 转动惯量的计算 . 8 3.3 喷头的选择 . 8 4 电机的选择 . 9 4.1 伺服电机和步进电机的对比 . 9 4.2 直流交流伺服电机对比 . 10 4.3 负载转矩的计算 . 11 4.4 打印速度的初步估计 . 11 4.5 加速和减速运动的控制 . 11 4.6 振动和噪音 . 12 5 传感器 . 12 5.1 温度传感器对比 . 12 5.2 机械位置传感器 . 14 5.3 压力传感器 . 15 6 3D 打印机的优点及面临问题 . 17 6.1 3D 打印机的优点 . 17 6.2 3D 打印技术面临的问题 . 17 参考文献 . 18 致谢 . 19 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 引言随着时代的进步，我们的生活水平不断提高，与此同时，人口的增长形成了鲜明的对比，我们需要更多的商品来满足物质生活的条件。这肯定会引起我们对商品的需求也将越来越高，做工精细，独特的货物生产将流行在人民群众之中。现在，我们有先进的技术 3D打印，我们可以通过三维打印机打印出所有的东西，我们需要的和想要的。三维打印技术广泛应用，它可以应用在医疗行业，科研，产品模型，架构设计，制造和食品等，前景广阔。 3D 打印技术 ,数字模型文件是基于使用金属或塑料粉材料通过一层一层地印刷技术来构造对象。 3 D 打印机出现在 1990 年代中期 ,光固化快速成型设备和纸张纹理技术的使用。它基本上也是作为一个普通的打印机 ,打印机由液体或粉“印度材料”与电脑连接 ,电脑控制印刷材料层复合在一起 ,最终成为蓝图的电脑。今天 ,这项技术已经应用在许多领域 ,人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜点。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 2 1 绪论 1.1 国内外 3D 打印机的研究现状 1.1.1 国外 3D 打印机的研究现状经过十年的探索和发展 ,3D 打印技术在国外已经取得了很大的进步 ,加州大学的新开发的“等值过程”技术 ,在美国国家航空航天局 (NASA)的赞助下 ,您可以打印在不到 24 小时内设置两层的房子。澳大利亚石墨矿公司的 3 d 印刷公司已经可以打印石墨烯电池 ,充电和放电速度快 1000 倍，比普通电池。 3 d 打印技术已经发展的生物打印，瑞士联邦理工学院苏黎世 3D 打印技术团队使用肋软骨打印新的耳朵。 1.1.2 国内 3D 打印机的研究现状在国内，已经有多所高校开展了 3D 打印技术的自主研发。根据美国 3D打印机行业研究机构公布的权威报告指出，中国华东科技大学已经获得多项 3D 打印机研究成果，另外包括清华大学、西安交通大学等众多大学也取得一些研发成果。近年来，国内已经有一些企业开始研发和生产 3D 打印机，比较突出的是浙江已经逐渐建立起了 3D 小镇，建立起一个 3D打印产业区，为众多生产商提供了一个聚集生产 3D 打印机的平台。 3D 打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，我国在航空、航天等众多领域已经开始广泛使用大型复杂构件的一次成型制造，可以看出，我国的 3D打印产业也在同世界看齐。 1.2 3D 打印机的发展趋势 1.2.1 3D 打印产业的未来发展前景根据 3D 产业权威报告 Wohlers Report 2014发布的调查结果，全球3D打印产业产值在 1988 2010 年间保持着 26.2%的年均增长速度。近几年更是增长迅速，预计在 2016 年， 3D 打印设备制造和服务的产业总产值将增加到 30亿美元，预计在 2020 年将达到 51 亿美元。中国 3D打印产业近两年开始迅猛发展，我国已经有几家年销售额过亿的 3D 打印企业，并且随着 EOS,Formlabs， 3D Systems 等国外知名的 3D打印企业在国内大幅拓展中国市场，对我国的 3D打印技术有着促进作用。但是现在研制生产销售的设备大多都是 ABS 和 PLA 材料，能提供金属粉末和陶瓷等材料的企业还是只有几家，所以材料问题是未来 3D 打印产业不得不解决的问题。随着金属粉末设备的迅速发展，未来对金属粉末的需求nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 3 会大大增加，所以国内对于金属粉末的投资力度也越来越大。 1.2.2 3D 打印技术未来发展的主要趋势最初的 3D 打印技术是用来验证工业的设计方案，再生成模型，对于创新为核心的 3D打印技术，在未来的发展中一定会进入到更多的领域里，这是 3D打印的高效率和低成本优势。传统工业都是采用减法工艺，通过车、铣、刨、摩、钻等切削工艺对材料进行加工，这种工艺对材料有很大的浪费，复杂的工序也需要很长的制作周期。而 3D 打印机就很好的解决了这样的问题，加法制造可以节省大量的原材料，制作周期也大大的减少。 1.3 3D 打印机的工作原理及特点 1.3.1 3D 打印的工作原理三维打印技术是使用喷头喷出粘结剂 ,进行熔融沉淀造型 (Fused deposition modeling，之后简称 FDM).FDM 是目前使用最为广泛的 3D 打印工艺，通过加热头把热熔性材料 (如 ABD 树脂、尼龙等 )加热到半流体状态，然后加热头会在电脑软件指定的轨迹运动，同时喷头将半流体状态下的材料挤压出来，材料瞬时凝固形成有轮廓的薄层。图 1是 3D打印机的简易示意图 . 这个过程是首先铺粉辊从左到右移动 ,将粉杠里的粉末在成型缸槽均匀覆盖着一层。然后依据计算机模型，由打印头设计粉末喷射截面的第一层，在该形状的底部上，然后形成筒平台从一层粉末向下移动一定的距离 , 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，最后得到的零件整体是由各个横截面层层重叠起来的。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 4 图 1 三维快速打印技术工作原理示意图 3D 打印的主要工作流程如图 1 所示 , 首先要在电脑软件上进行 3D 建模， 3D建模质量越好 3D打印出来的质量就越好 . 现在 CADPro/e等矢量建模软件都可以实现建模 . 3 首先是将模型分割成一片片薄片，每个薄片厚度由材料决定。然后再进行分割，最后像喷墨打印中将成型材料那样逐层打印到打印面板上面。 1.3.2 3D 打印的特点与传统的工业制作相比， 3D 打印技术有很多优势，主要优势如下 : 1 精度高。一开始的 3D 打印精度并不高，但是随着技术的不断成熟与突破，如今的 3D打印精度已经可以达到制作需求。 2 周期短。 3D 打印不像传统的制作那样，先要设计模具然后再休整之后进行制作，需要的周期很长，有时需要数周，直接建模之后增量生产，短时间之内就能将一个模型制作出来。 3 个性化制作。以前订做模型往往需要花费巨大的资金成本，但是对于 3D打印而言，制作模型的数量是随意的，都可以轻松制作出来，且成本都是一样的。 4 材料的多样性。 3D 打印材料的更新速度也是非常快，如今金属石料高分子材料都可以应用于 3D 打印。 1.4 发展创新与突破 3D 打印已经逐渐被人所熟知，进入了世界各大期刊杂志，普遍认为它将会nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 5 改变我们的世界，可以看到人们已经开始关注并且对它感兴趣。 3D打印的飞速发展，主要表现在以下方面。 1.4.1 3D 打印应用领域扩展延伸 3D 打印已经逐步走向生物领域，这是 3D 打印对于医学的重大贡献，包括之前的打印出耳朵组织，打印心脏的成功，标志着 3D 打印在生物领域的不断成熟，也是众多病人的福音。 3D打印不仅是在现有的领域有出众的潜力，相信还会有更多的领域等待着它去突破。 1.4.2 3D 打印速度尺寸及技术日新月异 3D 打印的速度已经逐渐加快，如今最快的 3D 打印机已经可以每秒送丝超过400mm，在不同行业里，已经有多钟 3D 打印机的诞生不断的刷新着打印速度的记录，相信在不久的将来， 3D 打印机的打印速度会达到甚至远远超过 1000mm 每秒的梦想。 1.4.3 设计平台革新 3D 打印未来民用化已是大势所趋，如何使其简单化也是重点，现在已经有部分企业着重于推出简单成熟的 3D 设计平台，并且大力开发 3D 打印应用，从而让所有人都能进去 3D打印的世界。 2 总体方案及结构设计 2.1 引言 3 D 打印

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