资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共72页)
编号：208609962
类型：共享资源
大小：5.55MB
格式：ZIP
上传时间：2022-04-19
上传人：好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
45
积分
- 关 键 词：
-
激光
打印机
设计
CAD
图纸
- 资源描述：
-
激光3D打印机设计（含6张CAD图纸）,激光,打印机,设计,CAD,图纸
- 内容简介：
-
毕毕业业设设计计（论论文文） 毕业设计题目： 激光 3D 打印机 毕业生姓名专业学号指导教师所属系（部）二二 年年 月月前言前言 3打印是快速成型技术的一种，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，3打印通常采用数字技术材料打印机来实现。3D 打印技术主要包括立体光刻造型技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结等，这些技术使得打印出的产品在精度及质量等方面有大幅 的提升，可以说 3打印为产品成型提供了整体解决方案。3打印技术就是以逐层堆积材料的方式，获得立体的实物。首先，通过扫描仪或电脑制图软件获得需要打印物体的三维数据，然后将数据导人 打印机，用专用软件进行分层处理，每一层形成二维图形数据，然后专用软件根据每一层的二维图形数据进行线扫描或点打印路径规划和自动编程，形成打印机识别数控码程序，然后打印机启动这些程序，进行逐点逐线逐面打印直到完成实物的成型。基本思路就是先将虚拟数据离散化处理，然后 将离散数据用打印机变成实体。摘摘 要要自 20 世纪 80 年代中期以来，光固化快速成型技术的发展与应用越来越广 泛和深入，光固化成型机的需求也越来越大。由此，本论文针对激光 3D 立体光固化成型机的机械结构进行了设计，包括：1、X-Y 扫描机构；2、Z 轴升降机构； 3、刮刀机构，并且对其中的部分结构进行了改进。X-Y 方向的平面扫描运动和 刮刀的水平运动由原来的精密同步带传动改成精密滚珠丝杠传动，使其在行程 较长时不出现抖动，有利于保证扫描精度，运动稳定。采用直线步进电机直接 连接滚珠丝杠，响应更加快速准确，同时因无中间部件，使机械结构简单化,精度较高。 通过对立体激光固化造型机机械结构的设计，使得其运动和传动更加合理 和平稳，进而使其在生产过程中能够更好的进行生产。 关键词：关键词：立体激光固化；扫描机构；快速成型；传动；结构设计ABSTRACTThis article specifically for three-dimensional modeling of light-cured structural design of mechanical systems. X-Y scanning normally used to screw drive. Through the motor rotation, with another even reached the screw shaft, through to the X and Y to the two motors of rotation to achieve XY to scan; Z to the table, also by the screw and a rail. Z to the table by the extension units, columns, screw composition, its transmission is through the same motor rotation axis is to pass even reached the screw by screw to achieve the rotation of the table move up or down. Through the three-dimensional modeling of light-cured in the design and mechanical systems, making their campaigns and drive more reasonable and stable, then in the production process so that it can better carry out production.Key word: SLA；Scanning agencies；Rapid Prototyping；Transmission；Structure design- 1 -目 录第第 1 1 章章 绪绪 论论 .- 4 -1.1 快速原型技术简介.- 4 -1.1.1 几种典型的快速成型技术.- 4 -1.1.2 各种成型方法简介及对比.- 5 -1.2 快速成型精度概述.- 6 -1、CAD 模型的前处理造成的误差.- 6 -2、成型系统的工作误差.- 7 -3、成型过程中材料状态引起的翘曲变形.- 7 -4、成型之后环境度化引起的误差.- 8 -5、工件后处理造成误差.- 8 -1.3 立体光固造型 SLA 技术原理.- 8 -1.4 立体光固造型 SLA 国内外现有技术水平.- 9 -1.5 立体光固造型 SLA 应用领域.- 9 -1.6 本次设计的主要工作.- 9 -1.6.1 主要设计工作.- 10 -1.6.2 设计参数.- 10 -1.6.3 设计思路及主要问题.- 10 -第第 2 2 章章 XYXY 方向设计计算方向设计计算.- 11 -2.1 设计任务.- 12 -2.1.1 设计参数.- 12 -2.1.2 方案的分析、比较、论证.- 12 -2.2 脉冲当量和传动比的确定.- 13 -2.2.1 脉冲当量的确定.- 13 -2.2.2 传动比的确定.- 13 -2.2.3 确定步进电机步距角.- 13 -2.3 丝杠的选型及计算.- 14 -2.3.1 计算丝杠受力.- 14 -2.3.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核.- 14 -2.4 导轨的选型及计算.- 18 -2.4.1 初选导轨型号.- 18 - 2 -2.4.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命.- 18 -L2.5 步进电机的选择.- 19 -2.5.1 传动系统等效转动惯量计算.- 20 -2.5.2 所需转动力矩计算.- 21 -2.6 本章小结.- 23 -第第 3 3 章章 Z Z 方向设计计算方向设计计算.- 24 -3.1 Z 方向工作台设计.- 25 -3.1.1 设计任务.- 25 -3.1.2 设计参数.- 25 -3.1.3 方案的分析、比较、论证.- 25 -3.2 脉冲当量和传动比的确定.- 26 -3.2.1 脉冲当量的确定.- 26 -3.2.2 传动比的确定.- 26 -3.2.3 确定步进电机步距角.- 26 -3.3 丝杠的选型及计算.- 27 -3.3.1 计算丝杠受力.- 27 -3.3.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核.- 27 -3.4 步进电机的选择.- 30 -3.4.1 传动系统等效转动惯量计算.- 30 -3.4.2 所需转动力矩计算.- 31 -3.5 本章小结.- 33 -第第 4 4 章章 刮刀系统设计刮刀系统设计.- 34 -4.1 刮板的选择.- 35 -4.2 刮板的材料和移动速度对涂层质量的影响.- 36 -4.3 本章小结.- 37 -结结 论论.- 38 -附录附录.- 38 -外文.- 39 -中文翻译.- 53 -致致 谢谢.- 64 - 3 -参考文献参考文献.- 65 - 4 -第第 1 1 章章 绪绪 论论本文主要针对立体激光固化造型机机械结构设计。按照国家和行业相关标 准，机械传动部分参照了机电一体化系统设计手册 。在设计过程中，力求使立体激光固化造型机的传动及零部件结构简单、运动稳定、而且成本低廉、质量 可靠、可批量生产，并且促进立体激光固化造型机的普及与发展，同时为国内同 类机器的设计提供一定的参考。1.11.1 快速原型技术简介快速原型技术简介快速原型制造技术(Rapid Prototype Manufacturing) ,简称 RPM ,是先进制造技术的重要分支.它是 80 年代后期起源于美国 ,后很快发展到欧洲和日本 ,可以说是近 20 年来制造技术最重大进展之一.它建立在 CAD/ CAM 技术、计算机控制技术、数控技术、检测技术和材料科学的基础之上 ,将计算机辅助设计 CAD 与各种自由造型(Free Form Manufacturing)技术直接结合起来 ,能以最快的速度将设计思想物化为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零件 ,从而使产品设计开发可能进行快速评价、测试、改进 ,以完成设计制造过程 ,适应市场需求.1 几种典型的快速成型技术几种典型的快速成型技术1、立体光固造型 SLAStero Lightgraphy Apparatus 又称激光立体造型、激光立体光刻或立体印刷装置. 2、 叠层实体制造 LOM叠层实体制造 Laminated Object Manufacturing 的成形材料是热敏感类箔材(如纸等) ,激光器的作用变是切割.成形开始时 ,激光器先按最底层的 CAD 三维实体模型的切片平面几何信息数据 ,对于铺在工作台上的箔材作轮廓切割 ,之后 ,工作台下降一层高度 ,重新送入一层(铺在底层之上)材料 ,并用加热辊滚压 ,与底层粘牢 ,激光器按对应数据作轮廓切割 ,如此反复直至整个三维零件制作完成.LOM 制作的零件不收缩、不变形 ,精度可达 0.1mm ,切片厚度 0.050.50mm。3、 选择性激光烧结 SLS选择性激光烧结 Selected Laser Sintering 的生产过程与 SLA 类似 ,用 CO2 红外激光对金属粉末或塑料粉末一层层地扫描加热使其达到烧结温度 ,最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构.4、 融积成型技术 FDM- 5 -融积成型技术(Fused Deposition Modeling)的制造过程是 ,首先通过系统随机的 Quick slice 和 SupportWorks 软件将 CAD 模型分为一层层极薄的截面 ,生成控制 FDM 喷嘴移动轨迹的几何信息.运作时 ,FDM 加热头把热塑材料(如聚脂塑料、ABS塑料、蜡等)加工到临界状态 ,在微型机控制下 ,喷嘴沿着 CAD 确定的平面几何信息数据运动并同时挤出半流动的材料 ,沉积固化成精确的实际零件薄层 ,通过垂直升降系统降下新形成层并同样固化之 ,且与已固化层牢固地连接在一起.如此反复 ,由下而上形成一个三维实体.FDM 的制作精度目前可达 0.127mm ,连续堆积范围 0.02540.508mm ,它允许材料以不同的颜色出现.5、 其它快速原型制造技术直接制模铸造 DSPC (Direct Shell Production Casting)来源于三维印刷(3D Printing)快速成型技术.其加工过程是先把 CAD 设计好的零件模型装入模壳设计装置 ,利用微型机绘制浇注模壳 ,产生一个达到规定厚度 ,需要配有模芯的模壳组件的电子模型 ,然后将其输至模壳制造装置 ,由电子模型制成固体的三维陶瓷模壳.取走模壳处疏松的陶瓷粉 ,露出完成的模壳 ,采用熔模铸造的一般方法对模壳最后加工 ,完成整个加工过程.此系统能检测自己的印刷缺陷 ,不需要图纸 ,就可完成全部加工.光屏蔽(即 SGCSolid - Ground Curing)由以色列 Cubital 公司开发,该工艺可以在同一时间固化整个一层的液体光聚合物. SGC 工艺使用丙烯酸盐类光聚合物材料 ,其制作精度可达整体尺寸的 0.1 %,切片厚度约为 0.10.15mm ,Cubital 公司开发的 Solider5600 型产品制作的最大工作尺寸为 508 508 356mm ,所用紫外光灯功率为 2kW ,每一层循环约化 90s.MRM(Mitsubishi Chemical Rapid Moulding) 日本三菱化学最近推出的三菱化学快速制模系统,可将原型直接转换成模具 ,采用称作“金属补强树脂制模(Metal Resin Moulding)复合料”,制模成本降低为传统制模的 1/2 ,制模时间缩短了 1/21/3. 奥斯丁的德克萨斯大学正在研究的高温选择激光烧结(HTSLS) ,在取消聚合物粘结剂方面进行了尝试.结果表明 ,可利用 Cu - Sn 或青铜 镍粉两相粉末 ,采用激光局部熔化低熔点粉末来制造模具.2 各种成型方法简介及对比各种成型方法简介及对比表 1.1 几种典型成型工艺的比较成型工艺原型精度表面质量复杂程度零件大小材料价格利用率常用材料制造成本生产效率设备费用SLA较高优中等中小件较贵很高树脂较高高较贵LOM较高较差简单中小件便宜较差塑料低高便宜SLS较低中等复杂中小件较贵很高石蜡较低中等较贵- 6 -HDM较低较差中等中小件较贵很高金属较低较低便宜1.21.2 快速成型精度概述快速成型精度概述 研究成型机的成型精度，提高成型精度，对于 RP 技术的推广和应用有很重要的影响。制件误差的产生原因见图 1-1 所示：光固化成型由三个环节组成:前处理、快速成型加工和后处理。这三个部分彼此相连，共同完成光固化快速成型过程。每一环节中存在的误差都会影响到最终成型零件的精度。快速成型的精度为机械精度和制件精度。目前影响快速成型最终精度的主要原因由于下几个方面:1 1、CADCAD 模型的前处理造成的误差模型的前处理造成的误差目前，对于绝大多数快速成型系统而言，必须对工件的三维 CAD 模型进行 STL格式化和切片等处理，以便得到一系列的截面轮廓。在对三维 CAD 模型分层切片前，需作实体模型的近似处理，即用三角面片近似逼近处理表面，其输出的数据为 STL文件格式，这种格式非常简单，便于后续的分层处理。STL 格式中每个三角面片只用四个数据项表示，即三个顶点坐标和一个法向矢量，而整个 CAD 模型就是这样一组矢量的集合，STL 公式化用许多小三角面去逼近模型的表面，由于以下原因，它会导致误差:A: 从本质上看，三角面的组合，不可能完全表达实际表面，所以，误差无法避免;B: STL 公式化时，数据的沉余量太大，致使所需计算机的存储量过大，从而难于选取更小、更多的小三角面，造近似结果与实际表面有更大的误差;C: 另外，在进行 ST L 格式转换时，有时会产生一些局部缺陷，例如，在表面曲率变化较大的分界处，可能出现据齿状小凹坑，从而造成误差。- 7 -制件误差数据处理误差成型过程误差后处理误差分成切片产生误差光斑变化误差固化成型误差机器误差方向运动误差 ZXY 扫描误差图层误差液位波动引起误差多光谱造成误差驱动器参数补偿误差树脂收缩引起工件变型残留液态树脂不均匀收缩引起工件变型CAD 模型面误差 图 1.1 制件误差产生原因2 2、成型系统的工作误差、成型系统的工作误差CPS250 成型机成型系统的工作误差按照组成可分为托板升降误差、X-Y 扫描误差和树脂涂层误差。托板升降误差指的是托板的运动精度，它直接影响层厚的精度;X-Y 扫描误差指的是 X-Y 平面扫描系统沿 X, Y 方向的运动精度，它影响成型零件的尺寸精度和表面光洁度。3 3、成型过程中材料状态引起的翘曲变形、成型过程中材料状态引起的翘曲变形在光固化过程中，树脂由液态变为固态，此时单体分子发生聚合反应，分子之间- 8 -距离改变，相应地造成体积收缩。在这个过程中，伴有加热作用，这些因素会引起制件每层截面的尺寸变化，再加上相邻层间不规则约束，以由收缩而产生的应力会造成零件在加工过程中的变形。如加工一悬臂零件 (在悬臂部分不加支撑)，可以很明显地看到由于树脂收缩而造成的变形。4 4、成型之后环境度化引起的误差、成型之后环境度化引起的误差从成型系统上取下已成型的工件之后，由于温度、湿度等环境状况的变化，工件会继续蠕变并导致误差。成型过程中残留在工件内的残余应力也可能由于时效的作用而部分消失而导致误差。5 5、工件后处理造成误差、工件后处理造成误差通常，成型后的工件需进行打磨、抛光和表面涂镀等后处理。如果后处理不当，对形状尺寸控制不严格，也可能导致误差。后处理过程产生的误差可分为三种:一是支撑去除时对表面质量的影响。要求支撑的设计必须合理，不多不少。另外一种是残留液态树脂的固化引起工件的变形。因此在扫描成型时尽可能使残留树脂为零;成型过程中工件内部的残余应力引起的蠕变也是影响精度的因素之一。设法减小成型过程中的残余应力有利于提高零件的成型精度。1.31.3 立体光固造型立体光固造型 SLASLA 技术原理技术原理Stero Lightgraphy Apparatus 又称激光立体造型、激光立体光刻或立体印刷装置。它是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应，相对分子质量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。SLA 的原理是由 CAD 系统对准备制造的零件进行三维实体造型设计 ,再由专门的计算机切片软件 CAD 系统的三维造型切割成若干薄层平面数据模型 ,但对表面形状变化大和精度要求高的部分应切得薄些 ,其他一般部位切得厚些.随后 CAM 软件再根据各薄层平面的 X - Y 运动指令 ,在结合提升机构沿 Z 坐标方向的间歇下降运动 ,形成整个零件的数控加工指令.指令输入 SLA 系统中 ,首先是工作台下降至液体容器的液面之下 ,对应于 CAD 模型最下一层切片的厚度处 ,根据该切片的 X- Y 平面几何数据 ,紫外光照射可固化的液态树脂(如环氧树脂 ,乙烯酸树脂或丙烯酸树脂) ,在紫外光的作用下 ,因光聚合作用 ,第一层被固化在工作台上.然后 ,升降工作台下降至第二层切片厚度 ,激光器按照该层切片的平面几何数据扫描液面 ,使新一层液态树脂固化并紧紧粘长在前一层已固化的树脂上。如此反复“生长”,直至形成整个三维实体零件.如图所示：- 9 - 图 1.2 立体光固造型 SLA 技术原理图1.41.4 立体光固造型立体光固造型 SLASLA 国内外现有技术水平国内外现有技术水平立体光固造型 SLA 方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。目前 ,研究 SLA 方法的有 3D System 公司、EOS 公司、F&S 公司、CMET 公司、D - MEC 公司、Teijin Seiki 公司、Mitsui Zosen 公司、西安交通大学等.美国 3D System 公司的 SLA 技术在国际市场上占的比例最大 ,其设备自 1988 年推出 SLA - 250 机型以后 ,又于 1997 年推出 SLA - 250HR,SLA - 3500 ,SLA - 5000 三种机型 ,在技术上有了长足进步. 其中 ,SLA -3500 和 SLA - 5000 使用半导体激励的固体激光器 ,扫描速度分别达到 2.54 m/ s 和 5m/ s,成型层厚最小可达 0. 05 mm. 此外 ,还采用了一种称之为 Zephyer recoating system 的新技术 ,该技术是在每一成型层上 ,用一种真空吸附式刮板在该层上涂一层 0.050. 1 mm 的待固化树脂 ,使成型时间平均缩短了 20 %.该公司于 1999 年推出的 SLA - 7000 机型与 SLA - 5000 机型相比 成型体积虽然大致相同,但其扫描速度却达 9. 52m/ s,平均成型速度提高了 4 倍, 成型层厚最小可达 0.025 mm,精度提高了 1 倍。国内对 SLA 技术的研究始于 90 年代初 ,一些高校在其成型理论、控制技术、成型材料等多方面都进行了大量的研究工作 ,取得了显著成果.目前西安交通大学开发的 LPS- 600A 型快速成型系统 ,已有商品化产品. 国内外研究者在 SLA 技术的成形机理、控制制件变形、提高制件精度等方面进行了大量研究。1.51.5 立体光固造型立体光固造型 SLASLA 应用领域应用领域美国克莱斯勒公司(Chrysler)就用 SLA 工艺制成了车体模型 ,将其放在高速风洞中进行空气动力学试验分析;此外美国 Dayton 大学还利用 SLA 工艺研制了一种桌面成型系统专门用于人体软组织器官模型的建造。- 10 -1.61.6 本次设计的主要工作本次设计的主要工作.1 主要设计工作主要设计工作1、固化用激光扫描装置设计；2、浸于树脂液体中的升降托盘设计； 3、刮刀机构设计；4、整机总装配图设计；.2 设计参数设计参数1、成型空间：400*400*300mm2、激光头最大运行速度：80mm/s;3、激光头定位精度：0.005mm4、上拖板、激光聚焦系统以及直线导轨轴等的总重量：约 10kg5、最大成型件重量：约为 10kg6、固化深度/托盘的层间下降距离：0.1mm7、Z 向定位精度：0.01mm.3 设计思路及主要问题设计思路及主要问题采用分块设计的思路，机械结构主要分 XY 扫描系统， Z 方向工作台升降系统，刮刀机构等三部分。1、X-Y 扫描系统的机械结构成型机的扫描系统采用高精度的 X-Y 动工作台，它带动光纤和聚焦镜完成零件的二维扫描成型。其结构为步进电机带动滚珠丝杠驱动扫描头作 X-Y 平面运动，扫描范围为 400x400mn，重复定位精度 0. 005mn。为减轻质量，提高响应速度，选用铝材进行设计，并选取大扭矩输出的高频响应电机。扫描系统结构由计算机、X-Y 扫描头、聚焦镜头、直线圆柱滚动导轨、滚珠丝杠、步进电机等组成。由于混合式步进电机具有体积小、力矩大、低频特性好、运行噪音小、失电自锁等优点，X, Y 方向都采用了这种电机。为减少 X 方向负载的质量，连接板及电机座采用铝材。2、Z 轴升降系统Z 轴升降系统完成零件支撑及在 Z 轴方向运动的功能，它带动托板上下移动。每固化一层，托板要下降 1 个层厚。它是实现零件堆积的主要过程，必须保证其定位精度。定位精度的好坏直接影响成型零件的尺寸精度、表面光洁度以及层与层之间的粘接性能。采用步进电机驱动，精密滚珠丝杠传动及精密导轨导向结构。驱动电机采用- 11 -混合式步进电机，配合细分驱动电路，与滚珠丝杠直接联接实现高分辨率驱动，省去了中间齿轮级传动，既减小了尺寸又减小了传动误差。 成形零件时，托板经常做下降、提升运动，为了减少运动时与托板对液面的搅动，并且便于成型后的零件从托板上取下，需将托板加工成筛网状，网孔大小、孔距设计要合理，既能使零件的基础与其能牢固粘结，又要使托板升降运动时最小限度地阻碍液体流动。此外，考虑到树脂有一定的酸性作用，所以浸泡在树脂内的材料全部选用铝合金或不锈钢材料，一方面防腐;另一方面防止普通钢和铸铁对树脂的致凝作用。由于在正常工作在状态下，吊梁悬臂较长，为避免托板 Z 方向上下运动时造成吊梁扭曲变形，吊梁采用 2m 不锈钢板做成中空行管结构的形状。3、刮平系统由于树脂的粘性及固化树脂的表面张力作用，如仅仅依赖树脂的流动而达到液面平整的话，就会需要很长的时间，特别是在固化面积较大的零件时。刮平运动可以使液面尽快流平，提高涂层效率。 刮平过程包括两个步骤:第一步托板下降较大的深度并稍作停顿，这一过程是为了克服液态树脂与固化层面的表面张力，使树脂充分覆盖已固化的一层，然后上升至比上一层低一个层厚的位置。第二步刮板按设定次数作刮平运动，其作用是把涂敷在零件表面的多余树脂刮掉。刮平后，树脂液面并不是完全平整，仍存在着一些波动，尚需等待一定的时间才能平整。等待时间的长短要根据树脂的流动性、零件尺寸的大小而定。- 12 -第 2 章 XY 方向设计计算成型机的扫描系统采用高精度的 X-Y 工作台，它带动光纤和聚焦镜完成零件的二维扫描成型。其结构为步进电机带动滚珠丝杠驱动扫描头作 X-Y 平面运动，扫描范围为 400x400mn，重复定位精度 0. 005mn。为减轻质量，提高响应速度，选用铝材进行设计，并选取大扭矩输出的高频响应电机。扫描系统结构由计算机、X-Y 扫描头、聚焦镜头、直线滚动导轨、滚珠丝杠、步进电机等组成。由于混合式步进电机具有体积小、力矩大、低频特性好、运行噪音小、失电自锁等优点，X, Y 方向都采用了这种电机。2.12.1 设计设计任务任务 机械结构装配图，A1 图纸一张。要求重要剖面表达完整，向视表达完整，视图适合标准。.1 设计参数设计参数统分辨率 31 10 mm由静止到最大快进速度过度时间 17ms19ms Pt工作台行程 x 向 400mm y 向 400mm最大快进速度 x 向和 y 向 80mm/s定位精度 mm005. 0.2 方案的分析、比较、论证方案的分析、比较、论证西安交通大学开发的 cps250 成型机 XY 扫描系统，其扫描范围为 250mmx250mm，运动方式采用步进电机驱动高精密同步带的方式，其传动较为平稳，传动件质量比较小，运动特性好。但工作行程较短，本设计扫描范围 400mmX400mm,行程较长，若采用步进电机驱动高精密同步带的传动方式，会出现抖动现象，对扫描的精度不利。故本次设计采用步进电机驱动滚珠丝杠的传动方式，中间没有其他部件降低传动精度损失，使运动较为平稳。1、XY 方向扫描进给系统的总体方案设计考虑以下几点：A工作台应具有沿纵向和横向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采用- 13 -连续控制系统。B在保证一定加工性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。因此进给伺服统采用步进电机开环控制系统。C 纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们各自由各的步进电动机、波纹管、丝杠螺母副组成。D 为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧装置，以提高传动刚度和消除间隙。E 为减少导轨的摩擦阻力，选用滚动直线导轨。2、进给伺服系统总体方案方框图如下页图 2.1 所示：2.22.2 脉冲当量和传动比的确定脉冲当量和传动比的确定.1 脉冲当量的确定脉冲当量的确定脉冲当量即系统分辨率。本设计中，pp31 10 mm.2 传动比的确定传动比的确定当 1 时，可使步进电机直接与丝杠联接，有利于简化结构，提高精度。因此i本设计中取 1。i.3 确定步进电机确定步进电机步距角步距角微机驱动器驱动器功率放大功率放大步 进电 机步 进电 机X 向Y 向波纹管波纹管图 2.1 进给伺服系统总体方案方框图- 14 -根据公式 (2.1)pbLi3600其中 为传动比，i为电机步距角，b为滚珠丝杠导程，0L为脉冲当量。p因为 1，0.001mm，现取4mm，可得0.09o。由于其步距ip0Lb角很小，所以将采用有细分电路的驱动结构。2.32.3 丝杠的选型及计算丝杠的选型及计算.1 计算丝杠受力计算丝杠受力由于工作台质量较小，且只承担传动作用，不承受任何切削力，故本设计中只考虑导轨摩擦力和系统加减速时的惯性力。1、导轨摩擦力的计算根据摩擦力计算公式： f=mg (2.2)X 向：工作拖板质量=10kg 采用滚动导轨，=0.005xm =109.80.005=0.49NgmfxxY 向：取激光头及移动部件质量为=3kg =0.005ym =39.80.005=0.147Ngmfyy2、工作台惯性力的计算取平均加速时间 t=18ms,由于系统最大移动速度=80，经计算得，系统maxVsmm加速度 a=24.4ms=104.4=44N1Famx=34.4=13.2N2Famy.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核滚珠丝杠螺母副的选型和校核由于转速较大，滚珠丝杠螺母副初步选型的主要依据其使用寿命选择丝杠的基本- 15 -尺寸并较核其承载能力是否超过额定动载荷。1、最大工作载荷的计算本设计中，工作台最大载荷应该是导轨摩擦力与加减速惯性力的总和所以，X 向：x1F440.4944.49xFfNY 向：y2F13.20.14713.347yFfN2、最大动载荷的计算和主要尺寸的初选C滚珠丝杠最大动载荷可用下式计算：C (2.3)ChnKFK f式中：F 滚珠丝杠副的轴向负荷（N）-影响滚珠丝杠副寿命的综合系数；f 285. 01 . 133. 00 . 10 . 195. 0wfkfafhftff为温度系数 工作温度小于 125，=0.95tftf为硬度系数 硬度大于 58HRC，=1.0hfhf为精度系数 精度等级取三级，=1.0afaf为负荷性质系数 无冲击平稳运转，=1.1wfwf为可靠性系数 可靠度 98%， =0.33kfkf-滚珠丝杠副的额定动负荷（N）aC -滚珠丝杠副的计算动负荷（N）C-各类机械所用的滚珠丝杠的推荐寿命,取 15000hhLhL-寿命系数,hK1 . 3)500(31hhLK-转速系数，nK3 . 0)3 .33(31nKn经计算得：X 向 C=1613N Y 向 C=483.9N查机电一体化系统设计手册P770, 本设计选内循环浮动返回器双螺母垫片预紧滚珠丝杠副 FFZ1604,其参数如下：- 16 -W16mm4mmD23 39C000C12000aoamm m公称直径d基本导程滚珠直径，丝杠螺旋升角，额定动载荷6额定静载荷选取丝杠精度等级为 1 级。3、传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为 (2.4)(tgtg式中：为丝杠螺旋升角，为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数0.0030.005,f其摩擦角约等于。01 所以， 96. 0)01933(933)(tgtgtgtg4、定位精度验算滚珠丝杠副的轴向刚度会影响进给系统的定位精度和运动平稳性。由于轴向刚度不足引起的轴向变形量一般不应大于机床定位精度的一半。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向变形的影响更小，可忽略不计。螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计，只要滚珠丝杠支承的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此也可以不予考虑。A丝杠的拉压变形量1滚珠丝杠应计算满载时拉压变形量，其计算公式为 (2.5)EALFm1式中：为在工作载荷作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量（mm） ；1为丝杠的工作载荷(N)；mF为滚珠丝杠在支承间的受力长度(mm)；LE 为材料弹性模量，对钢 E20.6104MPa；A 为滚珠丝杠按内径确定的截面积（mm2） ；“”号用于拉伸， “”号用于压- 17 -缩。根据滚珠直径 DW2mm，螺纹滚道曲率半径0.520.52 21.04WRDmm滚珠直径2wDmm0.707(/2)0.707 (1.042/2)0.028weRDmm偏心距1d22162 0.0282 1.0413.98mdeRmm 螺杆小径22213.14Ad13.98153.4244mm滚珠丝杆按内径确定的截面积 其中， 为丝杠公称直径。为丝杠底径。md1d 取 X 向进给的丝杠长度 L550mm，Y 向进给的丝杠长度 L550mm。所以，X 向：1444.49 55020.6 10153.42m0. 75 Y 向：1413.347 5500.2220.6 10153.42mB丝杠与螺母间的接触变形量2该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。其计算公式： (2.6)mcFCK式中： 为滚珠丝杠的工作载荷（N） ；mF为丝杠副的接触刚度 ,查表取=580N/。CKCKm所以，X 向：CX44.490.08 m580 Y 向：CY13.3470.02 m580丝杠的总的变形量应小于允许的变形量。一般不应大于机床进给系21统规定的定位精度值的一半。因为，X 向：120.080.83 m0. 75Y 向：120.220.020.24 m取丝杠精度等级为 1 级，其有效工作行程内的误差为 6，加上丝杠副的总变m形量 0.83、0.24，可以满足机床的定位精度 0.01/400 的要求。mm5、压杆稳定性验算滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作载荷过大，将使丝杠失去稳定- 18 -而产生纵向弯曲，即失稳。失稳时的临界载荷为KF (2.7)21120KfEJFKL式中： J 为丝杠轴最小截面惯性矩，对丝杠圆截面， （d2为丝杠4()m4264dJ底径，） ；201.2wddDL 为丝杠最大工作长度（m） ；E 为材料的拉、压弹性模量，对钢 E2.11011Pa；为丝杠支承方式系数。本设计中，丝杠为长丝杠，故支承方式选用一端轴向固1f定一端游动，即2；1f为安全系数，取=1/31K1K。449423.14 0.01361.7 10 ()6464dJm所以：211922 3.142.1 101.7 10114666.20.43KF临界载荷远大于丝杠工作载荷（=44.49N, =13.347N） ，因此滚珠丝KFmFmxFmyF杠不会失稳。2.42.4 导轨的选型及计算导轨的选型及计算.1 初选导轨型号初选导轨型号导轨为直线滚动导轨，根据纵向最大动载荷 C=1613N,横向最大动载荷C483.9N，通过查机电一体化系统设计手册表 2.9-38 P893，初选 3 条导轨的型号都为 GTB16。其参数如下：16650mmlmm，.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命计算滚动导轨副的距离额定寿命L滚动导轨副的距离额定寿命可用下列公式计算：滚动体为球时 (2.8)350aTCWCf fLFf- 19 -式中：为滚动导轨副的距离额定寿命（km） ；L为额定载荷（N） ，从机电一体化设计手册表 2-10 查得8820N；aCaC为温度系数，当工作温度不超过 1000C 时，1；TfTf为接触系数，每根导轨条上装二个滑块时0.81；CfCf为载荷/速度系数，无外部冲击或振动的低速运转场合时，Wfmin15mv 1.2。Wf为每个滑块的工作载荷（N） 。FX 向：/444.49/411.12mFFY 向：13.347mFF所以，X 向：3988201.0 1 0.81507.7 10 km11.121.2L Y 向：3988201.0 1 0.81507.6 10 km13.3471.2L 均大于滚动导轨的期望寿命，满足设计要求，初选的滚动导轨副可采用。L2.52.5 步进电机的选择步进电机的选择步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为 100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR） 、永磁式步进电机（PM） 、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度； 反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。- 20 -步进电机的一些特点：1、 一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。 2、步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。 3、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。5、步进电机相对普通电机来说，他可以实现开环控制，即通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号。但是步进电机不适合使用在长时间同方向运转的情况，容易烧坏产品，即使用时通常都是短距离频繁动作较佳。 .1 传动系统等效转动惯量计算传动系统等效转动惯量计算传动系统是转动惯量是一种惯性负载,在电机选用时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。本设计需要对丝杠,工作台进行转动惯量的计算。1、滚珠丝杠转动惯量的折算SJ滚珠丝杠转动惯量： (2.9)4407.8 10SmJDL其中为丝杠公称直径（cm）, mD为丝杠有效行程（mm）0L4427.8 101.64002.04SJkg cm2、工作台质量的折算GJ工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴上的转动惯GJ可按下式进行计算：- 21 - (2.10)MLJG20)2(式中，为丝杠导程（cm） ；0L为工作台质量（kg） 。M所以，X 向：22200.4()100.0422 3.14GLJMkg cm Y 向：22200.4()30.01222 3.14GLJMkg cm 3、传动系统等效转动惯量计算JX 向：22.040.042.08SGJJJkg cmY 向：22.040.0122.052SGJJJkg cm.2 所需转动力矩计算所需转动力矩计算步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算： (2.11)max0afMMMM式中：为空载启动力矩（Ncm） ；M为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加maxaM速力矩（Ncm） ；为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（Ncm） ；fM 为由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩（Ncm） 。0M有关的各项力矩值计算如下：M1、加速力矩 (2.12)2maxmax21060anMJJt (2.13)maxmax360bpvn式中：为传动系统等效转动惯量；为电机最大角加速度；为与运动部件Jmaxn最大快进速度对应的电机最大转速；t 为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间，为运动部件最大快进速度；为初选步进电机的步距角；为脉冲maxvbp当量。- 22 -maxmax4800 0.091200 /min3600.001 360bpvnrX 向：22maxmax22 3.14 1200102.0810145.146060 0.018anMJmmtY 向： 22maxmax22 3.14 1200102.0510143.186060 0.018anMJmmt2、空载摩擦力矩 (2.14)02fGf LMi式中：为运动部件的总重量；G为导轨摩擦系数；f 为传动降速比；i为传动系数总效率，取0.8；为滚珠丝杠的基本导程。0LX 向：10 9.8 0.005 0.40.042 3.14 0.8 1fMmmY 向：3 9.8 0.005 0.40.012 3.14 0.8 1fMmm3、附加摩擦力矩 (2.15)2000012P LMi式中：为滚珠丝杠预紧力，=/3； 0P0PxF为滚珠丝杠预紧时的传动效率，现取0.9。00X 向：2044.49 0.41 0.90.5066 3.14 0.8 1MmmY 向：2013.347 0.41 0.90.1526 3.14 0.8 1Mcmm所以，步进电机所需空载启动转矩：X 向：max0145.140.040.506145.686afMMMMmmY 向：max0143.180.01 0.152143.342afMMMMmm步进电机所需空载启动所需转矩 M，步进电机启动力矩关系如下：qM- 23 -0.4qMM 所以，X 向：=364.215qM0.364cmN m Y 向：=358.355qM0.358cmN m为满足最小步距角要求，查表知步进电机最大静转矩与步进电机启动力矩maxjM的关系为： (2.16)maxqjMM查经济型数控机床系统设计表 7-2 P347 得0.866。所以，X 向： max0.42jMmY 向：max0.413jMm综合考虑，查表选择 57BYG096 型步进电机，如图 2.2、2.3 所示： 图 2.2 步进电机图 2.3 步进电机外形尺寸表 2-1 电机参数电机型号相数步距角最大静转距电压相电流分配方式- 24 -57BYG09621.8)(0.75(N.m)DC 24V3 A双相四拍2.62.6 本章小结本章小结本章是主要针对 X-Y 扫描机构的设计，首先要明确设计任务，然后确定脉冲当量和传动比，丝杠及导轨的选型及相应的计算，最后通过计算确定 X-Y 方向的驱动电机。- 25 -第 3 章 Z 方向设计计算3.13.1 Z Z 方向工作台设计方向工作台设计Z 轴升降系统完成零件支撑及在 Z 轴方向运动的功能，它带动托板上下移动。每固化一层，托板要下降 1 个层厚。它是实现零件堆积的主要过程，必须保证其定位精度。定位精度的好坏直接影响成型零件的尺寸精度、表面光洁度以及层与层之间的粘接性能。采用步进电机驱动，精密滚珠丝杠传动及精密导轨导向结构。驱动电机采用混合式步进电机，配合细分驱动电路，与滚珠丝杠直接联接实现高分辨率驱动，省去了中间齿轮级传动，既减小了尺寸又减小了传动误差。成形零件时，托板经常作下降、提升运动，为了减少运动时对液面的搅动，并且便于成型后的零件从托板上取下，需将托板加工成筛网状，网孔大小孔距设计要合理，既能使零件的基础与其能牢固粘结，又要使托板升降运动时最小限度地阻碍液体流动，本设计中取孔距 5mm，孔径 3mm。此外，考虑到树脂有一定的酸性作用，所以浸泡在树脂内的材料全部选用铝合金或不锈钢材料，一方面防腐;另一方面防止普通钢和铸铁对树脂的致凝作用。由于在正常工作在状态下，吊梁悬臂较长，为避免托板 Z方向上下运动时造成吊梁扭曲变形，吊梁采用 2mm 不锈钢板做成中空行管结构的形状。.1 设计任务设计任务机械结构装配图，A0 图纸一张。要求重要剖面表达完整，向视表达完整，视图适合标准。.2 设计参数设计参数系统分辨率 31 10 mm由静止到最大快进速度过度时间 11ms13ms Pt工作台行程 300mm最大快进速度 m/s160- 26 -定位精度 0.01mm.3 方案的分析、比较、论证方案的分析、比较、论证1、Z 方向扫描进给系统的总体方案设计应考虑因素A工作台应具有沿纵向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采用连续控制系统。B在保证一定加工性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。因此进给伺服统采用步进电机开环控制系统。C为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧装置，以提高传动刚度和消除间隙。D 为减少导轨的摩擦阻力，选用滚动直线导轨。2、进给伺服系统总体方案方框图微机驱动器功率放大步进电机图 3.1 进给伺服系统总体方案方框图3.23.2 脉冲当量和传动比的确定脉冲当量和传动比的确定.1 脉冲当量的确定脉冲当量的确定脉冲当量即系统分辨率。本设计中，pp31 10 mm.2 传动比的确定传动比的确定当 1 时，可使步进电机直接与丝杠联接，有利于简化结构，提高精度。因此i本设计中取 1。i.3 确定步进电机步距角确定步进电机步距角根据公式 (3.1)pbLi3600Z 向- 27 -其中 为传动比，i为电机步距角，b为滚珠丝杠导程，0L为脉冲当量。p因为 1，0.001mm，现取4mm，可得0.09o。由于其步距角很小，ip0Lb所以将采用有细分电路的驱动结构。3.33.3 丝杠的选型及计算丝杠的选型及计算.1 计算丝杠受力计算丝杠受力由于工作台质量较小，且只承担传动作用，不承受任何切削力，故本设计中只考虑导轨摩擦力和系统加减速时的惯性力。1、移动件及最大成型件重量的计算根据摩擦力计算公式：G=mg (3.2)移动部件质量=10kg 最大成型件重量 =10kg1m2m =209.8=196N12()Gmm g2、 工作台惯性力的计算取平均加速时间 t=12ms,由于系统最大移动速度=，经计算得，系统加maxV160ms速度 a=21.4ms=201.4=28N1Fma.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核滚珠丝杠螺母副的选型和校核由于转速较大，滚珠丝杠螺母副初步选型的主要依据其使用寿命选择丝杠的基本尺寸并较核其承载能力是否超过额定动载荷。1、最大工作载荷的计算本设计中，工作台最大载荷应该是导轨摩擦力与加减速惯性力的总和所以，1F19628224FGN2、最大动载荷的计算和主要尺寸的初选C滚珠丝杠最大动载荷可用下式计算：C- 28 - (3.3)FfKKnhC式中：F 滚珠丝杠副的轴向负荷（N）-影响滚珠丝杠副寿命的综合系数；f285. 01 . 133. 00 . 10 . 195. 0wfkfafhftff为温度系数 工作温度小于 125，=0.95tftf为硬度系数 硬度大于 58HRC，=1.0hfhf为精度系数 精度等级取三级，=1.0afaf为负荷性质系数 无冲击平稳运转，=1.1wfwf为可靠性系数 可靠度 98%， =0.33kfkf-滚珠丝杠副的额定动负荷（N）aC -滚珠丝杠副的计算动负荷（N）C-各类机械所用的滚珠丝杠的推荐寿命,取 15000hhLhL-寿命系数,hK1 . 3)500(31hhLK-转速系数，nK3 . 0)3 .33(31nKn经计算得： C=8122N 查机电一体化系统设计手册P770, 本设计选内循环浮动返回器双螺母垫片预紧滚珠丝杠副 FFZ3204,其参数如下：W32mm4mmD3 39C000C43000aoamm m公称直径d基本导程滚珠直径3，丝杠螺旋升角，额定动载荷13额定静载荷选取丝杠精度等级为一级。3、传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为 (3.4)(tgtg- 29 -式中：为丝杠螺旋升角，为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数0.0030.005,f其摩擦角约等于。01 所以， 96. 0)01933(933)(tgtgtgtg4、定位精度验算滚珠丝杠副的轴向刚度会影响进给系统的定位精度和运动平稳性。由于轴向刚度不足引起的轴向变形量一般不应大于机床定位精度的一半。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向变形的影响更小，可忽略不计。螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计，只要滚珠丝杠支承的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此也可以不予考虑。A丝杠的拉压变形量1滚珠丝杠应计算满载时拉压变形量，其计算公式为 (3.5)EALFm1式中： 为在工作载荷作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量（mm） ；1为丝杠的工作载荷(N)；mF为滚珠丝杠在支承间的受力长度(mm)；LE 为材料弹性模量，对钢 E20.6104MPa；A 为滚珠丝杠按内径确定的截面积（mm2） ；“”号用于拉伸， “”号用于压缩。根据滚珠直径 DW3 mm，0.520.52 31.56WRDmm 螺纹滚道曲率半径2wDmm滚珠直径0.707(/2)0.707 (1.563/2)0.042weRDmm偏心距1d22322 0.0422 1.5628.964mdeRmm 螺杆小径22213.14Ad28.964658.544mm滚珠丝杆按内径确定的截面积其中， 为丝杠公称直径。为丝杠底径。md1d- 30 - 取丝杠长度 L420mm。所以， 14224 42020.6 10658.5m0. 69B丝杠与螺母间的接触变形量2该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。其计算公式： (3.6)mcFCK式中： 为滚珠丝杠的工作载荷（N） ；mF为丝杠副的接触刚度 ,查表取=580N/CKCKm所以，C2240.39 m580丝杠的总的变形量应小于允许的变形量。一般不应大于机床进给系21统规定的定位精度值的一半。因为：120.391.08 m0. 69取丝杠精度等级为 1 级，其有效工作行程内的误差为 6，加上丝杠副的总变m形量 1.08，可以满足机床的定位精度的 0.01/300 要求。m5、压杆稳定性验算滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作载荷过大，将使丝杠失去稳定而产生纵向弯曲，即失稳。失稳时的临界载荷为KF (3.7)21120cfEJFKL式中： J 为丝杠轴最小截面惯性矩，对丝杠圆截面， （d2为丝杠底4()m4264dJ径，） ；201.2wddDL 为丝杠最大工作长度（m） ；E 为材料的拉、压弹性模量，对钢 E2.11011Pa；为丝杠支承方式系数。本设计中，丝杠为长丝杠，故支承方式选用一端轴向固1f定一端游动，即2。1f为安全系数，取=1/31K1K。449423.14 0.028433.1 10 ()6464dJm- 31 -所以：211922 3.142.1 1033.1 1015076590.33KF临界载荷远大于丝杠工作载荷=224N，因此滚珠丝杠不会失稳。KFmF3.43.4 步进电机的选择步进电机的选择.1 传动系统等效转动惯量计算传动系统等效转动惯量计算传动系统是转动惯量是一种惯性负载,在电机选用时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。本设计需要对丝杠,工作台进行转动惯量的计算。1、滚珠丝杠转动惯量的折算SJ滚珠丝杠转动惯量：；其中为丝杠公称直径（cm）, 4407.8 10SmJDLmD为丝杠有效行程（mm）0L4427.8 103.230024.5SJkgcm2、工作台质量的折算GJ工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴上的转动惯GJ可按下式进行计算： (3.8)MLJG20)2(式中，为丝杠导程（cm） ；0L为工作台质量（kg） 。M所以， 22200.3()200.0522 3.14GLJMkg cm3、传动系统等效转动惯量计算J224.50.0524.55SGJJJkg cm.2 所需转动力矩计算所需转动力矩计算步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算： (3.9)max0afMMMM- 32 -式中：为空载启动力矩（Ncm） ；M为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加maxaM速力矩（Ncm） ；为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（Ncm） ；fM 为由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩 （Ncm） 。0M有关的各项力矩值计算如下：M1、加速力矩 (3.10)2maxmax21060anMJJt (3.11)maxmax360bpvn式中：为传动系统等效转动惯量；为电机最大角加速度；为与运动部件Jmaxn最大快进速度对应的电机最大转速；t 为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间，为运动部件最大快进速度；为初选步进电机的步距角；为脉冲maxvbp当量。 maxmax1000 0.09250 /min3600.001 360bpvnr22maxmax22 3.14 2501024.5510535.326060 0.012anMJmmt2、空载摩擦力矩 (3.12)02fGf LMi式中：为运动部件的总重量；G为导轨摩擦系数；f 传动降速比；i为传动系数总效率，取0.8；为滚珠丝杠的基本导程。0L20 9.8 0.005 0.30.062 3.14 0.8 1fMmm3、附加摩擦力矩 (3.13)2000012P LMi- 33 -式中：为滚珠丝杠预紧力，=/3；0P0PxF为滚珠丝杠预紧时的传动效率，现取0.9。0020224 0.31 0.91.96 3.14 0.8 1Mmm所以，步进电机所需空载启动所需转矩：max0535.320.06 1.9537.28afMMMMmm步进电机所需空载启动所需转矩 M，步进电机启动力矩关系如下：qM0.4qMM 所以，=1343.2qM1.334mmN m为满足最小步距角要求，查表知步进电机最大静转矩与步进电机启动力矩maxjM的关系为： (3.14) maxqjMM查经济型数控机床系统设计表 7-2 P347 得0.866。所以，max1.55jMm综合考虑查表选择 57BYGH401 型步进电机如图 3.2、3.3 所示：图 3.2 步进电机图 3.3 步进电机尺寸图表 3.1 步进电机参数- 34 -电机型号相数步距角最大静转距电压电流分配方式57BYGH40121.8)(2.0 N.mDC24 V3A双相四拍3.53.5 本章小结本章小结本章是主要针对 Z 轴升降系统的设计，首先要明确设计任务，然后确定脉冲当量和传动比，丝杠及导轨的选型及相应的计算，最后通过计算确定 Z 轴升降系统的驱动电机。- 35 -第 4 章 刮刀系统设计4.14.1 刮板的选择刮板的选择由于树脂的粘性及固化树脂的表面张力作用，如仅仅依赖树脂的流动而达到液面平整的话，就会需要很长的时间，特别是在固化面积较大的零件时。刮平运动可以使液面尽快流平，提高涂层效率。刮平过程包括两个步骤:1、第一步托板下降较大的深度并稍作停顿，这一过程是为了克服液态树脂与固化层面的表面张力，使树脂充分覆盖已固化的一层，然后上升至比上一层低一个层厚的位置。2、第二步刮板按设定次数作刮平运动，其作用是把涂敷在零件表面的多余树脂刮掉。刮平后，树脂液面并不是完全平整，仍存在着一些波动，尚需等待一定的时间才能平整。等待时间的长短要根据树脂的流动性、零件尺寸的大小而定。如果使用粘性大的树脂，这种装置是必不可少的。由于树脂对刮板的粘附作用，刮板刮过之后，液面的实际位置要比刮板底面所在的位置低。同时，刮板刮走多余的树脂，刮板前面的树脂由于堆积而造成刮板前后液面存在高度差，导致刮板前面的树脂向后流动的回流现象，影响层厚精度和液面的平整。为此必须采取相应措施，来提高液面的位置精度和层厚精度。不同的刮板形状会形成不同的涂层质量，刮板的形状可以设计成多样，但哪种最合适还取决于树脂的粘性。一般讲，图（a）所示的刃口式刮板比较适合粘性稍大的树脂，图（b）所示的燕尾式刮板适合中等粘度的树脂。对于刃口形状的刮板，要求刃口侧面的光洁度越高越好。 (a) (b)图 4.1 刮刀形状比较刃口式刮板的优点是:由于刮平时刮板底面与液面的实际接触面积很小，近似为- 36 -线接触。因此，刮板移动时对树脂的带动作用较小;较高的光洁度使树脂不致过多地粘在刃口表面上，以尽量避免往复运动时破坏己修平的液面。燕尾式刮板与液面是面接触，对于流动性较好的树脂，可以较好地阻止刮板前后由于高度差引起的回流。同时燕尾槽结构可以暂时储存多余的树脂，对液面有微量地补偿修平作用。故本设计中采用燕尾槽截面形状的刮板。4.24.2 刮板的材料和移动速度对涂层质量的影响刮板的材料和移动速度对涂层质量的影响刮板在液面上移动时，树脂被带动的实质是固液两相之间的吸附作用，减小二者的吸附作用，就能减少刮板移动时带走的树脂量。根据固液两相之间的浸润机理可知，刮板应该选用表面张力值较小的材料，如金属铝、有机物聚四氟乙烯等。刮板速度高，可以使刮板前的树脂来不及回流，但是太高会带动己成形部分，影响位置精度，同时液面的修平效果不好。为方便零件的采购与安装，刮刀机构的驱动所采用的方式以及零件的规格均与扫描系统相同，均采用步进电机经综合考虑，选择 57BYG096 型步进电机。如图 4-2、4-3 所示图 4.2 步进电机图 4.3 步进电机尺寸图- 37 -表 4.1 步进电机参数电机型号相数步距角最大静转距电压电流分配方式57BYG90621.8)(0.75 N.mDC24 V3A双相四拍4.34.3 本章小结本章小结本章是主要针对刮刀系统的设计，首先要明确刮平过程包括两个步骤以及他要完成的动作，通过比较不同的刮刀形状会对不同的涂层质量影响的大小来确定刮刀的形状，然后根据刮刀的材料和移动速度对涂层质量的影响来确定此结构的驱动电机。- 38 -结 论通过对立体激光固化造型机机械结构设计， 使得其能够较好的完成工件的加 工。对部分结构进行了改进，并且对重要零部件进行了设计和校核，使得其能够 满足设计要求，工作稳定。 X-Y 向扫描机构采用了精密滚珠丝杠传动。通过电机转动，再经过连轴器传 到滚珠丝杠，通过 X 向和 Y 向两个电机的各种转动来实现 X-Y 向扫描；Z 向工作 台也采用了滚珠丝杠和导轨传动。Z 向工作台是由拖板、立柱、滚珠丝杠组成， 它的传动同样是通过电机转动传给连轴器再传到丝杠， 通过丝杠的转动来实现工 作台的上下移动。 通过对立体光固化造机机械系统的设计和计算， 使得其运动和传动更加合理和平稳，进而使其在生产过程中能够更好的进行生产。- 39 -附录附录外文外文Available online at ScienceDirectProcedia Engineering 149 ( 2016 ) 203 211International Conference on Manufacturing Engineering and Materials, ICMEM 2016,6-10 June 2016, Nov Smokovec, SlovakiaReconstruction and development of a 3D printer using FDM technologyKrisztin Kun a* aKecskemt CollegeFaculty of Mechanical Engineering and Automation Department of Vehicle Technology, 10 Izski st., Kecskemt 6000, Hungary Abstract This study, we detail the constructional selection of a machine, which operates with FDM technology. We outline the milestones of the reconstruction of the printer, the restoration of the technical documentations (Reverse Engineering), and then the calibrationsand the measurement results. Based on what we have learned from the construction, we started to design our own FDM printer, which is a compact, user demand-driven device. 2016 The Authors. Published by Elsevier B.V. Peer-review under responsibility of the organizing committee of ICMEM 2016Keywords:FDM; design; 3D printing; RE-RP; reconstruction; 1.Introduction of the FDM technology 1, 3, 4 3D printing is additive, which means it creates the desired form with a built-up manner. This means, that the body is built up as a thin layer without a preform. The applied materials are usually some kind of plastics. There are several methods of the 3Dprinting technologies depending on the layer creation manner. The FDM (Fused Deposition Modeling) 3D printing technology (Figure. 1.) works on an additive principle by laying down material in layers; a plastic filament is unwound from a coil to produce a part. The technology was developed by Scott Crump in the late 1980s. The FDM technology needs software which processes an STL file (stereolithography file format). After that we have to slicing the model with another program for the build process. If required, support structures may be generated. The model is produced by extruding thermoplastic material to form layers as the material hardens after extrusion from - 40 -the nozzle. A plastic filament is unwound from a coil and an extrusion nozzle turn the flow on and off. There is a worm-drive that pushes the filament into the nozzle at a controlled rate. The nozzle is heated to melt the material. It can be moved in both horizontal and vertical directions by a numerically controlled mechanism. The nozzle controlled by a computer-aided manufacturing (CAM) software package, and the part is built from the bottom up, one layer at a time. The stepper motors are employed to move the extrusion head. The mechanism uses an X-Y-Z rectilinear movement. 1.1.Advantages-Disadvantages of the technology The FDM printing technology is very flexible, and it is can handle with the small overhangs on the lower layers. The FDM generally has some restrictions and cannot produce undercuts without support material. Many materials are available, such as ABS and PLA among many others, with different trade-offs between strength and temperature properties. We picked the most advantageous technology from the 3D printing methods, while considering the printing quality and the level of difficulty of the building process. This technology is the FDM, i.e. the 3D extrusion. Thereafter, the next main concern was the structure of the 3D printer, more specifically: what structure we want to conform to. * Tel.: +36 30 750 5966 E-mail address: kun.krisztiangamf.kefo.hu 1877-7058 2016 Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (/licenses/by-nc-nd/4.0/).Peer-review under responsibility of the organizing committee of ICMEM 2016- 41 -doi: 10.1016/eng.2016.06.657 Fig. 1. Conceptual sketch of FDM2.Constructional selection 1 The most important premise is the mobility, in order to ensure a simple and fast usage of the 3D printer. Because of the mobility, it is essential to have a massive frame to prevent the printer for any kind of damage during the transportation. It was intented to make the printer out of simple parts to facilitate easy assembly and fast maintenance. Furthermore, it was an expection to make the printer compatible with electronic parts, such as standardized limit switches and to be able to print PLA and ABS. The selected construction from the founded printers was the FELIX 2.0. This printer satisfied our premises the most. We introduce the building of this printer in the following phase. Before we started building the printer itself, we made a sketch of which parts should be bought and which parts could be manufactured by us. Thanks to the manufacturer, building kits were available, so the project could be more cost-efficient, than we had bought the complete printer. By using the above mentioned, 3D printed parts and the own made ones, we created the FDM printer based on the construction of Felix Ltd., which is shown on Figure 2.- 42 -Fig. 2. The built FDM 3D printer. We wanted to make the 3D printer in a virtual version. The purpose of this was to measure the parameters of the printer in a 3D model form, while simulating digital manufacturing. Since we bought the printed parts from the official dealer, their documentations were missing. If there would be accurate models of every part, those could be used for manufacturing spare parts or even a second 3D printer. In order to implement this, we had to use Reverse Engineering, which helped us to get the original documentation and dimensions. The essence of the manner is detailed in the next phase. 205Krisztin Kun / Procedia Engineering 149 ( 2016 ) 203 211 3.Reverse Engineering 1, 2, 5 Reverse Engineering is an engineering labour process, where we define the CAD geometry of a physically existing object with 3D digitalization. Reverse Engineering uses the end product to start off. Its purpose is reconstruction. Reverse Engineering is applied in the following cases: If the new design is based on an existing part, Hand-made master pattern, Outdated” plans (no computer data, CAD drawing), Part, tool reproduction, Rapid prototype making. We could not have measure workpieces with complicated geometrieswith conventional measuring tools, since the caliper is not able to define complex geometries. In our case, the - 43 -parts were only physical and the virtual documentations were missing. In order to make these parts re-manufacturable, we had to apply Reverse Engineering. Steps of Reverse Engineering: 1.Scanning, 2.Making a point cloud, 3.Coating, surface fitting, 4.Inspection, correction, 5.Manufacturing 3.1.Scanning Initially, we had to perform spatial scanning, alias 3D digitalization. The result of the scanning process was a point cloud, placed into a coordinate system. The CCD camera process was given for us, which is a non-contact technology. We did the measurement with a Steinbichler Optotechnik VarioZoom 200-400 3D scanner. With this manner, we were able to reproduce the virtual documentations of the existing parts. The technology is shown on the extrusion head holder unit (Figure 3.), but the other printed geometries are also made by the same manner. Fig. 3. Extrusion head holder unit.The projector of the scanning device capable for accurate surface scanning projects black - 44 -and white, parallel light strips onto the surface of the object, which are deformed there. The scanners CCD camera initializes the breakage of the reflected light strips. The computer evaluation system calculates the attitude of the lined-up strips and then makes a point cloud. 3.2.Preliminary processing of the point cloud after scanning For the final version of the cloud, we needed 34 photographs (Figure 4.), which were combined together by finding their corresponding points. When the point cloud has been completed, it was necessary to remove the parts which did not connect to the object. (clamping elements, workbench, risers, etc.) 206 Krisztin Kun / Procedia Engineering 149 ( 2016 ) 203211Fig. 4.Matching the recordings: The first recording is on the left, while on the right we can see the assembly of the 34 pictures.3.3.Final processing of the point cloud The most commonly used manner of reproduction is the triangleSTL file formatcoating, since it creates a simple and universal file format for every designing software. We approach the points of the point cloud with triangles (Figure 5.). The smaller the triangles, the more accurate the shape analysis. Fig. 5.Approximation of the points with trianglesOn the picture, we can see grey and blue surfaces at the same time. The grey surfaces give us an accurate picture of the surfaces of the part, while the blue ones refer to surface discontinuity. Here the scanning was unsuccessful, since the camera didnt get a proper view into these areas. - 45 -3.4.The usage of RapidForm XOR for creating a model The previously created model is not yet useable directly on CNC machining or 3D printing, since the triangles have not fit perfectly onto the point clouds during the coating process, which caused dimensional errors. The software of the scanning device analyzed these errors during the triangle-coating process according to Figure 6. Fig. 6.The amount of errors occured during the triangle coating processKrisztin Kun / Procedia Engineering 149 (2016) 203211 207We imported the .STL filegenerated by the software of the scanner device to Reverse Engineering software (specialized on these purposes). The name of the software is: RapidForm XOR. We picked the base planes of the model. It is necessary to recognize during the usage of the software, that which steps did the previous designer follow to create the entire model. Thereafter, we used the Mesh Sketch command, which provided us cross-sectional sketches of the surface. We round drawed these sketches with approximate lines, then the real mesh size of the sketch has become definable after dimensioning them. We reconstructed the 3D CAD model with the help of the sketches (Figure 7.). We used the usual basic commands of a 3D modeling software, namely the Extrude and the Cut commands. By the result of these processes, we got the CAD model, which dimensions are changeable and measurable on every surface- 46 -Fig. 7.CAD model of the extrusion head unit holder3.5.Virtual prototype After using the mannerpresented in the 3.4. subsectionwe had complete 3D models of every printed part. After this, we created the virtual construction of the printer in an assembly environment (Figure 8.) by using Autodesk Inventor. In this way,we were able to measure the parameters of the printer in 3D model format as well, and we also found it capable for a digital manufacturing simulation. Fig. 8.3D assembly of Felix 2.0208Krisztin Kun / Procedia Engineering 149 (2016) 2032114.Constructional4.Constructional designdesign ofof a a parameterizedparameterized workspaceworkspace printingprinting unitunit 11 The biggest disadvantage of the built construction emerged from the dimension of the printing area. The area of the tempered, heated workbench is not isolated from the environment, so there is no chance of increasing the dimensions of the printing area,because of the increased heat loss. Further problem was the transverse movement (Y) of the bench based on the below mentioned reasons: A bench, bigger than a certain size, and the movement of a printed object would overwhelm the stepper motor of the shaft. Further problem can be, that the overall dimension of a closed constructional frame would be increased in both directions by a formation like this. By keeping this perspectives in mind, we started to design an own printing unit. Our goal - 47 -was to create a structure, where the extrusion head unit does the X-Y movement at the same time. The way of printing without a supporter unit also highly restricted the feasible geometries, since the undercut surfaces collapsed after the printing process. That is why we wanted to make the designed printing unit out of two extrusion head units. 4.1.Design of the extrusion head unit Important requirement is the running on linear bearings as well as the holding of the two extruders. The easy strain adjustment of the leading belt is an advantageous attribution as well as the adjustment of the grip during the retortiondone by the motor. The diameter of the string is 1,75 mm. 4.1.1.The retortion unit We started the design with the retortion unit, because it was relevant to know what is the distance between the output shafts of the two motors, when placing them next to each other. The mesh size of the retortion unit is based on this dimension, where we took into consideration the dimensions of the output PTOs (5), the standardized bearing dimensions (8), and also the thickness of the string (1,75). By placing the motor housing next to each other demanded the need of guide cylinders (20,55) on each of the shafts. The mesh size is shown on Figure 9. These dimensions also directly affected the distance between the extruders. Fig. 9.Mesh size structureIt is also relevant to ensure an easy removal of the string at the retortion unit. We managed to solve this by clenching the string with the guide cylinder and the bearingsboth can be found at the end of the motor. In this way we ensure the holding. We designed the retortion unit according to these perpectives, which model is shown on Figure 10. - 48 -Fig. 10. Model of the retortion unit Krisztin Kun / Procedia Engineering 149 (2016) 203211 2094.1.2.Structure of the extrusion head unit Since the distance between the extruders axes has been defined during the evolving of the retortion unit, we started building the holder unit by using these dimensions. Important perspectives were: Minimalization of the dimensions, Placement of the linear bearings, Ensurance of the cooling for the protection of the elements connected to the heated units, The slight adjustment of the strain on the leading belt. - 49 -We kept in mind all requirements during the design of the extrusion head unit (Figure 11.). The head units design ensures the accurate guidance, fast material flow as well as cooling. Fig. 11. The extrusion head unitWe displaced the axes of the leading linear bearings in order to maintain an accurate guidance and the carrying capacity of the parts, so while it carries the weight of one motor, the other two prevent the transverse axial movement. We actualized the cooling in the following ways: We used standardized fans We separated the heated unit with porcelain sleeves We created heatsinks onthe stem of the extrusion unit We created surfaces on the extrusion head holder unit for deflecting the air to the required place. We designed an air control surface onto the workbench for instant cooling of the freshly printed material. - 50 -Fig. 12.Cooling around the heated area210 Krisztin Kun / Procedia Engineering 149( 2016 ) 203211 4.2.Implementation of the X-Y movement with the new extrusion head unit The biggest challenge of the construction was to maintain two-axis movement of the head unit. Our goal was to create a paremetrized workspace, which replaces the movement of the bench and with a few modifications of certain values, it is possible to make an adequate printing area according to the desired demands. We achieved this by replacing the linear elements with beam (grinded) guided linear bearings on the X axis as well. We designed an assembly of the model (Figure 13.) in Inventor 2016 Pro software, where the entire construction refreshes itself when we modify a dimension on it, so everyone can adjust the coverage of the printing area on their own preferences. - 51 -Fig. 13. The Assembly of the printing unitThe dimension driven parametrization works both on X and Y axes by changing the dimensions of the appropriate beam. The shafts are moved by separate electric motors on both sides along the X axis. The motors are connected in series. In this way the path that can be done is controlled by only one limit switch. (Figure 14.)Fig. 14. The Assembly of the printing unit Krisztin Kun / Procedia Engineering 149 (2016 ) 203211 2114.3.Belt tension We had to introduce the belt driveapplied to the moving unitwhich ensures an accurate positioning. It is essential to keep the belt in the adequate tension in order to maintain the accurate guidance. For this, it is indispens able to strain the belt in the easiest way. The designed method oversimplifies the maintenance as well as the calibration. Figure 15. also - 52 -shows the essence of the system in 3D. Fig. 15.Demonstration of the belt tensioning5.Summary We detailed the building process and the Reverse Engineering of a machine which operates with FDM technology. After the experiences, gained on the builded printer, we started to design an experimental printer unit, which correct the earliers deficiencies.The designedprinting unit is acompact, user-friendly jog unit and a head-holder console. Our goal was to create a structure, where the extrusion head unit does the X-Y movement at the same time, and to be able to print support material. That is why we designed the printing unit with two extrusion head. In conclusion, we have designed a unit to be a great assembly of an existing or a whole new machine.References 1.K. Kun, I. Miskolczi. A. Fodor. 3D nyomtat ptse s fejlesztse. Gradus Vol 2, No 2 2015.p. 155-159. - 53 -2.J. Kodcsy,Zs. Pintr,P. Pokriva. Reverse Engineering mdszerrel ellltott felletek minsge. Kecskemt; 2003. p. 1-7.3.J.G. Kovcs. Gyors prototpus eljrsok II. Gyakorlati megvalstsok. 2002. p.103-107. 4.L. Morovic. Rapid technolgie. Rapid Technologies. In Automation and CA Systems in Technology Planning and Manufacturings. PoznaUniversity of Technology, 2004, p. 177-183. ISBN 83-904877-8-0.5.L. Morovic. A lzeres 3D szkennels. Fiatal mszakiak tudomnyos lsszaka.Kolozsvr;2005. 185-188. p. ISBN 973-8231-44- 54 -中文翻译中文翻译可在网上 Procedia 工程 149（2016）203211工程和材料制造国际会议 ICMEM 2016，2016 年六月 6-10 日，斯莫克维克，斯洛伐克 3 d 打印机使用 FDM 技术的重建和发展克丽丝蒂库纳Kecskemet 大学机械工程与自动化学院,汽车技术、Kecskemet 6000 年,匈牙利摘要摘要本研究中,我们详细描述了结构选择机器,用 FDM 技术运营。我们概述的里程碑打印机的重建,恢复的技术文件(逆向工程),然后和校准测量结果。根据所学的建筑,我们开始设计自己的 FDM 打印机,它是一个紧凑,用户需求驱动的设备。2016由爱思唯尔出版有限公司。这是一个开放的文章在CC BY-NC-ND许可证。(/licenses/by-nc-nd/4.0/).在组委会 ICMEM 2016 的责任下同行评审。关键词关键词: :FDM;设计;三维印刷;RE-RP;重建；介绍了 FDM 技术1,3,43 d 打印技术是添加物,这意味着它创建所需的形式组合的方式。这意味着,身体是建立作为一个没有预先形成的薄层。应用材料通常是某种类型的塑料。有几个 3 d的方法印刷技术根据层创建方式。熔融沉积 FDM(建模)3 d 打印技术(图 1)。工作制定的“添加剂”的原则材料层;一个塑料丝从线圈产生部分解除。这项技术是由斯科特的嘎吱声 1980 年代末。FDM 工艺需要的软件过程一个 STL 文件(有限元文件格式)。后,我们与另一个程序切片模型的构建过程。如果需要,支持结构可能产生。该模型是由挤压热塑性材料层形成从喷嘴挤压后材料变硬。一个塑料丝从一个线圈和一个解除挤出嘴打开和关闭流。把灯丝的蜗杆传动喷嘴速度控制。喷嘴是加热到熔化的材料。它可以在水平和垂直移动数控方向的机制。喷嘴控制计算机辅助制造(CAM)软件包,是建立自下而上的一部分,一次一层。步进电机是用来移动挤头。使用一种机制 x y z直线运动。- 55 -1.11.1 技术的优势劣势技术的优势劣势FDM 印刷技术非常灵活,它可以处理与小的悬岩在较低的层次。FDM 的通常有一些限制,不能产生削弱了不支持材料。很多材料是可用的,例如ABS 和解放军在众多国家中,以不同强度和温度特性之间的取舍。我们选择最有利的技术从 3 d 印刷方法,同时考虑到印刷质量和水平困难的过程。这种技术是 FDM,即三维挤压。之后,下一个主要关心的是3 d 打印机的结构,更具体地说:我们要符合结构* Tel.: +36 30 750 5966 E-mail address: kun.krisztiangamf.kefo.hu公布的 1877 - 70582016 爱思唯尔有限公司这是一个开放的文章在 CC BY-NC-ND 许可。(/licenses/by-nc-nd/4.0/).同行评审的责任下组委会 ICMEM 2016.doi:10.1016 / eng.2016.06.657.克丽丝蒂库纳/ Procedia 工程 204 149(2016)203 - 2016图 1 所示。FDM 的概念草图1.1. 结构选择结构选择11最重要的前提是流动性,以确保一个简单和快速使用 3 d 打印机。因为流动性,至关重要的是有一个巨大的框架,以防止任何类型的打印机损坏在运输。这是的态度使- 56 -打印机快速方便简单的组装和维护简单的部分。此外,这是一种期望打印机兼容电子零件,如标准化的限位开关能够打印 PLA 和 ABS。所选建筑从建立打印机是 FELIX 2.0。这台打印机满意我们的前提。我们介绍这台打印机的建筑在接下来的阶段。在我们开始建立打印机本身之前,我们做了一个草图的哪些部分应该和哪些部分可以买的由美国制造。由于制造商、建筑用品,所以这个项目可以更加符合成本效益,比我们买了完整的打印机。通过使用上面提到的,3 d 印刷部分和自己做的,我们创造了FDM 基于 Felix 建设有限公司打印机,这是显示在图 2。图 2 所示。建立了 FDM 的 3 d 打印机。我们想要一个虚拟的 3 d 打印机的版本。的目的,这是衡量打印机的参数三维模型的形式,模拟数字制造。因为我们从官方购买印刷部分经销商,他们的文件不见了。是否有准确的每一部分的模型,这些可以用于制造零部件,甚至第二个 3 d 打印机。为了实现这一点,我们不得不使用逆向工程,它帮助我们得到原始文档和维度。方式的本质是详细的下一阶段。克丽丝蒂库纳/ Procedia 工程 149 ( 2016 ) 203- 211 2053 3逆向工程逆向工程1,2,51,2,5逆向工程是一个工程劳动过程,我们定义一个身体的 CAD 几何现有对象 3 d 数字化。逆向工程使用最终产品开始。其目的是重建。逆向工程是应用于以下情况：如果新设计是基于现有的一部分,手工大师模式,- 57 -过时”计划(没有电脑数据,CAD 图纸),部分生殖工具,快速原型制造我们不可能测量工件-与复杂的几何图形与常规测量工具,由于卡尺不能定义复杂的几何图形。在我们的示例中,只有部分的物理和虚拟文件不见了。为了使这些部分再制造,我们必须应用逆向工程。逆向工程的步骤:1。扫描,2。点云,3 涂料、表面拟合,4 检查、调整,5 制造业3.1 扫描最初,我们不得不执行空间扫描,别名 3 d 数字化。扫描过程的结果是一个点云,放入一个坐标系统。CCD 相机过程给出了对于我们来说,这是一种非接触式技术。我们用 variozoom Steinbichler Optotechnik 公司 200-400 3d 扫描仪做了测量。通过这种方式,我们能够再现虚拟文件已有的部分。技术挤压头部固定器上显示单元(图 3),但是其他的印刷图形也由相同的方式。图 3 所示。挤压头部固定器单位。投影仪的扫描装置,能准确的表面扫描黑白项目,平行光条上物体的表面,这是畸形的。扫描仪的 CCD 相机初始化反射光的破损条。计算机评价系统计算蓝军的态度带,然后点云。3.23.2 初步处理后的点云扫描初步处理后的点云扫描最终版本的云,我们需要 34 照片(图 4),它被发现他们组合在一起对应点。点云- 58 -已经完成时,有必要删除的部分没有连接对象。(夹紧元素、工作台、立管等)。克丽丝蒂库纳/ Procedia 工程 149 (2016)203 2016图 4 所示。录音:匹配的第一个记录是在左边,在右边我们可以看到 34 的装配图片。3.33.3 最后的处理点云最后的处理点云繁殖的最常用的方式是三角形- STL 文件格式涂层,因为它创建了一个简单的和通用文件格式为每个设计软件。我们用三角形方法点云的点(图 5)。的小三角形,更精确的形状分析。图 5 所示。近似三角形的点在这幅图中,我们可以看到灰色和蓝色的表面在同一时间。灰色的表面给我们一个准确的表面的一部分,而蓝色的参考表面不连续。扫描是不成功的,因为相机没有得到适当的视图到这些地区。3.43.4 RapidformRapidform XORXOR 的创建模型的使用的创建模型的使用。之前创建的模型还没有可用的直接在数控加工或 3 d 打印,因为三角形不适合完美的点云在涂层过程中,造成尺寸错误。扫描设备的软件根据图 6 三角在形涂布工艺过程中分析这些错误。- 59 -图 6 所示。的三角形涂层过程中发生错误克丽丝蒂库纳/ Procedia 工程 149 ( 2016 ) 203 211 207我们进口的扫描仪的软件生成的 STL 文件-设备-逆向工程软件(专业在这些目的)。软件的名称是:RapidForm XOR。我们选择了飞机模型的基础。有必要识别软件的使用期间,哪些步骤做前
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号