毕业设计（论文）-Prusa i3型3D打印机设计

Prusai33D打印机Prusai3型-3D打印机设计摘要随着工业技术的发展，传统的加工方式已经很难满足现代加工的需求，于是一种全新的制造技术-3D打印技术应运而生。经过3D打印技术制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的曲面还是异形孔，都可以真实准确的完成造型，不再需要再借助外部设备进行修复。随着3D打印技术在市场的应用越来越深入和广泛，3D打印机的需求越来越大，因此，论文旨在设计一种桌面级3D打印机。本次设计主要是对3D打印机的机械结构进行设计以及一些必要的设计计算，通过对打印喷头以及x-y轴打印平台的分析，选择适当的材料以及参数，通过solidworks的绘图对设计产品进行3D构图，最后完成装配。最终要求3D打印机在打印过程中，运动和传动平稳，使其稳定生产。关键词：3D打印技术；x-y轴打印平台；打印喷头

ABSTRACTWiththedevelopmentofindustrialtechnology,traditionalprocessingmethodsarehardtomeettheneedsofmodernprocessing.Anewmanufacturingtechnology-3Dprintingtechnologycameintobeing.Thepartsmadeby3Dprintingtechnologyarecompletelyreproducedinthree-dimensionalmodeling.Nomatterthesurfaceofthesurfaceortheshapedhole,itistrueandaccuratetocompletethemodeling,andnolongerneedtoberepairedwiththeaidoftheexternalequipment.Withthemoreandmorein-depthandextensiveapplicationof3Dprintingtechnologyinthemarket,thedemandfor3Dprintersisbecomingmoreandmorelarge.Therefore,thepaperaimstodesignadesktop3Dprinter.Thedesignismainlydesignedforthemechanicalstructureofthe3Dprinterandsomenecessarydesignandcalculation.ThroughtheanalysisoftheprintingnozzleandtheX-Yaxisprintingplatform,theappropriatematerialsandparametersareselected.ThedesignoftheproductismadebytheSolidWorksdrawing,andtheassemblyisfinishedattheend.Ultimately,3Dprinterneedstobestableinmovementandtransmissionduringprinting.Keywords:3Dprintingtechnology;X-Yaxisprintingplatform;Printnozzle

目录TOC\o"1-1"\h\z\uPrusai3型-3D打印机设计 I摘要 IABSTRACT II目录 III引言 11.绪论 22.总体设计方案选择 63.机械结构设计计算 124.传感器选择 24结论 26参考文献 27致谢 28引言3D打印机技术是机械制造中进行复杂原型或者零件制造的有效手段，3D打印带来了全世界性制造业革命，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。经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的曲面还是异形孔，都可以真实准确的完成造型，不再需要再借助外部设备进行修复。从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成本及风险。随着智能制造，控制技术，材料技术，信息技术等不断发展和提升，这些技术也被广泛地综合应用与制造工业，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、便捷化以及通用化等主要趋势。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CAD/CAPP/RP的一体化，使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3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。1.绪论1.1研究背景及研究意义1.1.1国内外3D打印机研究现状3D打印技术出现在上世纪90年代中期，是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物。第一台商用的3D打印机出现在1986年，但3D打印技术的真正确立是以美国麻省理工大学的ScansE.M.和CimaM.J.等人于1991年申报的关于三维打印专利为标志的。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。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。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。中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技术的研发水平还有较大差距。我国港台地区很多高校和企业都有自己的3D打印设备，RP技术应用更为广泛，但并非自主研发。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。1.1.2研究意义3D打印技术应用广泛，除了日常生活用品以外，3D打印技术还可以广泛运用于建筑、医学、艺术等领域。人们已经使用该技术打印出了灯罩、身体器官、珠宝等，有些人甚至使用该技术制造出了机械设备。传统的产品从设计到生产要经过漫长的周期，一些很复杂的产品如汽车发动机、航空发动机、房子等需要耗费大量的时间对原料进行加工和建造。而3D打印技术集产品设计与打印制造于一身，短则几小时，多则几天就能把结构复杂的产品生产出来。

传统的制造会浪费大量材料，在一些高新技术产品的生产过程中一些废弃角料无法回收利用，造成大量浪费，增加生产成本。而3D打印技术使用的材料主要是PLA、ABS或金属材料，它几乎没有材料损耗，大大降低了生产成本，为企业增加利润创造条件；传统产品的生产过程需要大量的人力、场地和设备，给企业增加了较大负担。而使用3D打印技术生产产品只需要几个技术熟练的3D打印技术人员即可完成从设计到生产制造的全部过程。从长期来看，3D打印技术是一种颠覆性的技术，在未来将会是实现高端制造业发展的重要手段之一。1.23D打印机的发展趋势随着新兴技术的不断发展，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、便捷化以及通用化等主要趋势。3D打印机的发展目前主要是如何提升3D打印的速度、效率和精度，实现断电断点连续打印、大件打印、多材料打印，并提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现强度高、表面质量好的成品。但受限于3D打印技术自身原因，无法应用于大量生产，它适合一些小规模制造，尤其是高端的定制化产品，比如汽车零部件制造。而且受材料的限制，3D打印机可以生产的其他产品也很少，现在所应用的主要材料还是塑料，但未来金属材料肯定会被运用到3D打印中来，3D打印技术可应用的的范围会越来越广。未来在生物医学、建筑、车辆、服装等行业领域将会有更多创造性应用。1.33D打印机工作原理1.3.1熔融沉积快速成型技术简介典型的快速成型技术有立体光固造型SLA、叠层实体制造LOM、选择性激光烧结SLS、熔融沉积技术SLS。其中熔融沉积的制造过程是通过对CAD模型进行快速切片，从而生成每一层的几何形状，将热塑性材料加热融化，通过计算机控制移动并挤出半流体材料，凝固成实际部分薄层，并在垂直提升系统下生成下一层，使两层固化在一起。最后成为三维实体。1.3.2基于熔积技术的3D打印机工作原理图1-1为3D打印机工作原理示意图，打印喷头首先将材料融化，通过打印喷头将材料挤出。计算机已设计好所要打印的3D模型，由打印头喷出零件底层截面的形状三维打印技术是采用喷头融化并挤出热塑性材料。根据截面轮廓形状信息并在计算机的控制下打印头做x-y轴运动，最终打印出底层截面形状。然后Z轴进行上下移动，继续打印出下一层截面形状。经过一层一层的打印粘结最后形成所需要的模型。Z轴移动的距离即每层的厚度由喷涂材料及打印机的结构决定，为几十毫米轴到几百毫米不等，对于模型的层片分割由软件来实现。图1-1熔积式打印机工作原理图1.43D打印机工作流程工作流程如下：(1)三维建模应用CAD、Solidworks、Pro/E等三维建模软件构建三维模型，然后进行切片处理，也可对实体进行扫描获得数据点，进行三维构造。(2)三维模型的处理在使用3D打印机加工前，由于模型上往往有一些不规则的曲面，加工前必须对其进行近似处理。处理后的模型文件为STL格式，一般三维建模软件可直接转为此文件格式。(3)三维模型切片处理由于3D打印技术是一层层的加工，故必须对三维模型进行切片处理，即每隔一定间距分一层，已获得轮廓形状，为获得光滑的实体表面，层片厚度应小于1mm。层片厚度越小表面越光滑，但加工时间越长。(4)截面加工根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，喷头由数控系统控制在x-y平面内按截面轮廓进行扫描，并挤出材料凝固，得到一层层截面。(5)获得三维实体每层截面形成之后，下一层材料被送至已成形的层面上，与前一层面相粘结，从而将一层层的截面逐步叠合在一起，最终形成三维产品。1.5本次设计主要内容1.5.1主要设计方面(1)Y轴（打印截面平面）运动机构(2)轴（截面累积）运动机构(3)挤出机（耗材挤出）机构(4)框架设计通过以上四个主要机械结构，构成3D打印机的基本运动结构，可以初步实现3D打印的打印过程。1.5.2设计参数成型空间：210mm*210mm*220mm最大移动速度：50mm/s喷头定位精度：0.05mm最大成型质量：500g

2.总体设计方案选择2.1机架部分设计在机械框架方面，采用主流的四边形支撑架构，这种架构结实稳定而且容易安装其他零件，抗震能力也更为出色。本次设计的机架部分，主要由铝型材进行拼装组成，如图2-1所示，这种架构相对于亚克力板材质，更为牢固、结实，使用过程中不易出现损坏。图2-1机架2.2传动设计2.2.1XYZ轴传动方式选择传动方式上，常规的传动方式主要有丝杆传动和同步带传动，二者各有其优缺点。丝杆螺母副传动启动力矩极小,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，无侧隙、刚性高；但是其速度较慢，而且价格昂贵。同步带传动传动比范围大，结构紧凑，维护保养方便，运转费用低，但同步带用久后会被拉长，需要经常换皮带。(1)Z轴：由于Z轴方向需带动X轴以及打印挤出头，所受重力较大，而且Z轴位移较慢，所以采用丝杆传动，既保证电机有足够的力使其移动，又保证了进给的准确性。丝杠螺母传动形式采用螺杆转动，螺母做直线运动，由电机驱动螺杆，螺母的移动为Z轴直线运动。图2-2为传动简图与螺杆载荷图。图2-2丝杆螺母传动简图(2)在X轴和Y轴方面，要求传动比准确，传动效率高。X与Y轴由于没有重力作用，所承受力较小，同步带与丝杠螺母相比较而言，同步带价格较低，体积小，空间占用率高，而且在使用过程中维修方便，而且在打印过程中为了保证有足够的速度，故采用同步带传动，同步带只会有轻微的变形，不会影响到精度。故3D打印机机械传动方式如表2-1所示。表2-1传动方式表X轴同步带轮机构Y轴同步带轮机构Z轴光杆—丝杠机构2.2.2电机选择3D打印机制作的产品精度高，所以对于电机的要求较高。在步进电机和伺服电机选择，分析它们的性能如图2-3所示：图2-3步进电机伺服电机对比综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但伺服电机的成本远高于步进电机。在考虑设计的经济性时，我们选择步进电机作为运动源。2.3打印平台设计打印平台由加热板和打印固定板通过螺栓螺母固定而成，如图2-4所示，底层为固定板，上层为加热板。两层板由四角处的螺栓连接，之间放置弹簧，通过调节螺母来调节平台的高度。打印平台下部固定直线滑动轴承，再通过光轴与直线滑动轴承的配合完成Y轴打印平台的运动。图2-4打印平台2.4挤出机设计2.4.1电机选择挤出机挤出融化材料时需要运动平稳，精度要求高，但是对转速的要求不高，根据上节的电机选择分析可选择步进电机。2.4.2挤出机构原理耗材挤出机构的基本要求是: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。挤出机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：将送进的固态料丝及时且充分地熔化成为熔融状态。(3)流道功能：固态料丝以及熔融状态下的材料的运输通道。(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)出丝速度可控：在打印机工作起始以及Z轴向上移动时，出丝速度应随之变化或者停止。（6）散热功能：3D打印机工作时，挤出的材料应该快速冷却，以固定打印的实体，避免出现断层现象。2.4.3挤出机结构设计(1)供料机构供料机构由步进电机作为动力源提供动力，工作原理是通过挤压齿轮对线性材料进行挤压，材料在内凹型轴承内滑动来完成供料。设计出的供料基本结构如图2-5所示，轴承支架通过螺栓固定于步进电机上，同时可围绕螺栓旋转。齿轮连接在电机轴上，随电机转动。轴承支架另一端的弹簧使轴承对齿轮施加压力，齿轮与轴承之间的线性材料便随着齿轮的转动被挤出。图2-5供料机构图当需要换料盘或者撤出线性材料时，需要按下轴承支架右端，使轴承远离齿轮，此时便可以撤出材料。(2)融化出丝机构如图2-6所示，融化出丝机构完成了熔丝、通道、定径功能。材料经过喉管进行运输，加热棒和铝块将材料进行融化，最后经由喷头使融化的材料变为需要的细丝。喉管由螺旋副连接在支架上，材料经过供料机构被送入喉管内，沿着喉管向下运动。由加热铝块内插入的加热棒提供热量，用于融化线性材料，使材料变为熔融状态，融化彻底的材料经过喷头进行挤出，成为打印所需要的细丝。加热铝块的作用是将加热棒的热量均匀的分布于喉管周围，避免因为加热不均匀而导致的融化不彻底。如果有未融化的材料进入喷头，会使喷头堵塞，打印机无法正常出料。散热片连接于喉管上，加速喉管的散热。避免了加热铝块的热量沿着喉管向上传导，是材料提前融化，无法向下运输。图2-6融化出丝机构图(3)散热机构散热机构采用双风扇结构，一个风扇对打印的实体进行冷却，另一个风扇对步进电机降温，使其更好地工作。

3.机械结构设计计算3.1步进电机的选择3.1.13D打印机使用步进电机的参数(1)转速要求：3D打印机其实对步进电机的转速要求并不高，3D打印机除了对X.Y轴的电机转速要求高一点外，像Z轴及挤出机部分电机的转速都比较低。(2)驱动电流的大小：目前3D打印机用的基本上都是1A或者2A的主板，也就是说驱动电流都在在2A以下。(3)温度的要求：很多3D打印机所使用的步进电机都是直接外露的，所以对电机表面温度的要求就比较高，正常情况下步进电机的表面温度在80度以下都是正常的，而3D打印机上的步进电机因为有直接外露的，所以要求电机的表面温度不能太高，温度在40度以下最好。相同驱动电流的情况下要让步进电机的温度降下来，步进电机的相电阻就必须不能太高，所以3D打印机用的步进电机的相电阻一般都在2欧以下，1.5欧左右最好。相同电流的情况下，步进电机相电阻越大力矩越大，而为了保证电机的表面温度，就不得不牺牲步进电机本身的力矩。3.1.2传动电机的选择3D打印机传动部分的电机为XYZ三轴的电机，设计对电机的要求较高，要求运动性能一致，故需选用同一种电机。在三轴之中，Z轴电机所需力矩最大，故只需计算Z轴来选择电机。Z轴电机带动X轴及打印挤出头套件上下移动，X轴运动部件和挤出头套件总重约为1.6kg，移动速度为2m/min。G=mg=16NV=33mm/s电机转速n电机(3-1)P为丝杠螺距，取P=4mmn电机=VP负载转矩T(3-2)其中：μ:摩擦系数，取0.3M:负载质量，1.6KgP:丝杆导程，0.004mmη:传动效率，取0.9负载惯量上下垂直运动：J(3-3)丝杆螺母惯量：J(3-4)J其中：ρ为密度，取7.8LB为丝杆长度，取DB为丝杆直径，取总惯量J=(4)电机转矩启动转矩：T(3-5)选取安全系数为3，故电机力矩为：Ts=(0.016+0.034)×3=0.15选用电机为飞凌厂家的42步进电机，图3-1为电机型号参数。图3-1步进电机参数由上图可知FL42BYG40力矩满足要求，电机外形图如下。图3-2电机外形尺寸图外形尺寸42*42*40，轴径输出5mm。3.2丝杠螺母设计计算3.2.1螺纹基本参数本次设计采用滑动螺旋，螺纹为矩形螺纹，矩形螺纹传动效率较高，但强度较低。3.2.2螺旋副材料选择滑动螺旋传动的主要零件是螺杆和螺母，螺杆的材料应有足够的强度和耐磨性，以及良好的加工性。对于精密的传导螺纹要求热处理后有较好的尺寸稳定性。螺母材料以ZCuSn10Pb1最耐磨，但价格较贵，主要用于高精度的传导螺旋。下表3-1为螺杆的常用材料及热处理。表3-1常用材料热处理精度等级是否淬硬材料热处理中等及中等以上精度淬硬合金工具钢9Mn2V、CrWMnC56氮化钢38CrMoAlAD0.5-900不淬硬高碳工具钢T10T215中等以下精度淬硬合金钢40CrG42不淬硬中碳钢45T235易切削钢Y40Mn通过以上分析，螺杆材料可选择9Mn2V，螺母材料选择ZCuSn10Pb1。3.2.3丝杆螺母校核计算由上一章得丝杆的轴向载荷F=16N(1)螺纹中径的计算梯形螺纹螺纹中径d2d(3-6)其中： Ppφ值取1.2表3-2滑动螺旋传动许用压强螺纹副材料速度范围许用压强钢对青铜低速~0.50.1~0.20.5~18~2511~187~101~2钢对耐磨铸铁0.1~0.26~8由d2可选取螺纹公称直径d为8mm，螺距P为4mm，线数X为1。(2)螺杆强度计算FT=(3-7)选取安全系数为3T=0.011×3=0.033d螺杆工作时承受轴向载荷F和扭矩T的作用，因此，校核螺纹强度时根据第四强度理论求出危险截面计算应力σca其强度条件为：σ(3-8)其中：F轴向压力，NA危险截面面积,mmd1螺纹小径，T螺杆所受扭矩，N·mm求得：σ查表3-3得：σ=故σca≪σ表3-3材料应力表材料许用拉应力许用弯曲应力许用剪应力螺杆钢σ————螺母青铜耐磨铸铁铸铁钢————————40~6050~6045~55——30~404040——(3)螺纹强度计算剪切强度τ：τ(3-9)牙根部宽度b=0.5P=2mm旋合圈数n=5τ查表3-3得：τ≪40N·弯曲强度σ：σ(3-10)基本牙型高度H=0.5P=2mmσ故螺纹强度足够。(4)效率由回转运动转化为直线运动时η(3-11)（0.95~0.99）为轴承系数，决定与轴承形式，滑动轴承取最小值，轴向载荷与涌动方向相反时取+号。其中：λ(3-12)ρ(3-13)f如表3-4取0.1。表3-4摩擦因数f值螺杆和螺母材料F值淬火钢和青铜0.06~0.08钢和青铜0.08~0.10钢和耐磨铸铁0.10~0.12η故上升时效率为0.57、下降时效率为2.5。3.3同步带轮的设计计算设定电机功率为0.2Kw，每天使用8小时，其工作系数KA为1.0。则计算功率为：P=0.2Kw。(1)计算同步带轮转速n=(3-14)(2)选取同步带带型由于电机功率以及转速不大，所以可选取MXL型号同步带，为了满足精度要求，选取梯形齿形同步带，节距Pb=2mm，带宽b=4.8mm。(3)选取同步带齿数查表3-5得同步带轮最小齿数为10，本次设计取15。表3-5同步带轮齿数表(4)同步带轮节圆直径d=(3-15)同步带速确定v=(3-16)(5)同步带长确定轴间间距为410mm，故同步带长为：L(6)基准额定功率计算周节制：P(3-17)其中：T许用工作压力m单位长度质量查表3-6得：T=27N,m=0.007kg/m，最后算得：P表3-6周节制带的基准宽度、许用拉力T及质量m型号MXLXXLL基准宽度/mm6.46.49.5许用拉力T/N273150.17带的质量/kg/m0.0070.010.022(7)作用于轴上的力F=3.4联轴器的设计计算联轴器用于连接丝杆与电机输出轴，用于传递扭矩。本次设计采用LMX型梅花联轴器，具有缓冲减震、不需润滑、维护方便的特点，具有补偿两轴相对偏移的能力。适用于载荷变化不大、工作平稳、正反转、中低速、频繁启动、中小功率的传动。图3.3为梅花联轴器零件图。图3-3梅花联轴器联轴器承受转矩：T表3-7技术参数表规格额定转矩N·m最高转速r/min主要尺寸/mmd1、d2(mm)DD1L1615190005~163025503.5滚动直线导套副的寿命计算滚动直线导套副由直线运动球轴承，圆形导轨轴组成。由于结构原因，轴承只能在圆形导轨轴上做直线往复运动。采用轴承代号为LBP81524，表3-8为尺寸表：表3-8LBP81524尺寸表轴承代号外形尺寸LBP型内径外径长度LBP8152481524设计中，工作台与工件总重约为20N，共有两根轴承载工作台，每根轴上装有两套轴承，则每个导套所受载荷为5N。由表3-9查得fT=1，由表3-10查得fc=0.81，由表3-11查得fw=1.2计算：L=(3-18)L预计使用年限为26139/（8*300）=11.9a。表3-9温度系数f工作温度f~1001.00100~1500.90150~2000.73200~2500.6表3-10接触系数f每根导轨上的滑块数量或每根轴上花键套个数f11.0020.8130.7240.6650.61表3-11载荷系数f工作条件f无外部冲击或震动的低速运动场合，速度小于15m/min1~1.5无明显冲击或震动的中速运动场合，速度小于60m/min1.5~2有外部冲击或震动的高速运动场合，速度大于60m/min2~3.53.6导向光轴的校核本设计中对XYZ进给精度要求高，而且轴的跨度较大。比较XYZ轴所受载荷的大小，YZ轴是竖直安装的，所以其受的载荷相对X轴的工作台要小些。故选取x轴进行校核。3.6.1轴径计算轴的材料均采用45钢，为加强其性能，采用调质处理。查得σb=640MPa，A0d取轴直径d=8mm。3.6.2轴的刚度校核轴两端有固定支撑，简化为A、B两个铰支点，作用力作用在中点上。处于中点时，轴的挠度最大，设所受力为8N。(1)变形计算丝杆轴横截面的惯性矩为：I=作用力所引起的挠度为：w(2)刚度校验由于X轴进给精度为0.01mm，所以w故刚度满足要求。

4.传感器选择4.1温度传感器选择温度传感器分为接触式和非接触式传感器，非接触式传感器结构复杂、体积大、价格昂贵，故选用接触式温度传感器。

接触式温度传感器适合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。下表4-1为几种接触式温度传感器：表4-1接触式温度传感器对比传感器类型测温范围精度（%）特点常用热电阻-260～＋850℃0.05可连续工作2000h，失效率小于1％，使用期为10年。管缆热电阻-20～＋500℃0.5最高上限为1000℃陶瓷热电阻–200～+500℃0.3、0.15超低温热电阻–268.8～253℃-272.9～272.99℃0.5热敏电阻器-50～300℃0.3~0.5体积小，重量轻，灵敏度高。综上所述，热敏电阻器测温范围在-50～300℃，精度在0.3~0.5%，标准度高，使用性能好，在本次设计中，打印温度为200℃左右，所以使用热敏电阻适合做温度传感器。4.2限位开关选择限位开关用于确定XYZ三轴起始位置，3D打印机每一次打印运行前，都需要确定起始位置，找到XYZ轴的零点，保证打印的准确。本次设计采用微动式接触式限位开关。图4-1为微动式限位开关外形及结构图。图4-1限位开关外形结构图

结论本次设计完成了对3D打印机机械结构的设计，本设计总体由铝型材构造而成，完成了对三D打印机XYZ三坐标进给系统设计，挤出装置设计，设计的3D打印机可以完成制作精度为0.05mm的实体打印。(1)X轴由步进电机驱动，通过同步带进行传动，同步带带动打印挤出机进行X轴的移动，最大移动距离为220mm。(2)Y轴由步进电机驱动，通过同步带进行传动，同步带带动打印平台进行Y轴的移动，最大移动距离为220mm。(3)Z轴由步进电机驱动，通过丝杠螺母进行传动，丝杠通过联轴器连接步进电机输出轴，带动整个X轴进行Y轴的移动，最大移动距离为230mm。(4)耗材挤出装置主要由挤压齿轮进行摩擦挤压，将耗材送入喉管，最后经由喷头加热融化挤出成为所需要的细丝。本设计与市场上较为成熟的3D打印机相比较，打印精度较低，零件中有一部分为塑料件，质量较差，但可以通过优化系统结构进行改善。

参考文献[1]廖汉元,孔建益.机械原理[M].北京:机械工业出版社,2012.[2]濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计(第九版)[M].北京:高等教育出版社,2013.[3]成大先.机械设计手册[M].北京:化学出版社,2002.[4]程光仁等.滚珠螺旋传动设计基础[M].北京：机械工业出版社,2007.[5]刘厚才,莫健华.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.[6]饶振刚,田勇卫.滚珠丝杠副及自锁装置[M].北京：国防工业出版社,1990.[7]进.丝杠升降机构传动可靠性设计研究[J].煤矿机械,2003,（10）: