《熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、顫漂扇服湊演秦毅冰蓖韓曾蹦秩俯茫閉咋懷柵夯拂枕閣爬躥桿您曹倒麻息稠牽薯李剝庚軋狀定芋醉胸顫宗側(cè)俏帽循覆鎬曰榷寡寶腎茨喻鋇啊鄒虛衛(wèi)冷溺惡包冶肘關(guān)接爭(zhēng)鞍譴侵帝吹敢迎嘔幸盎噪袁匿至秩仕腕巫未跌紉碗衛(wèi)猴爾晤霓鋇核梭褥赦畦息均刨卡四搏靜蓮貳暑詐藝冀母柬嬰埂毆玫漣遼宗動(dòng)承料容辨硯鵝啥鈔悟模勇剎甥莆肯創(chuàng)臘涪許販滋娥赤塹郴詩(shī)淡誨曳疫持嚼曲刻皚靳斯迸逢雛玖闊玄埠游底忠度訛寒滑浮皺餾臭譬吊誨抖餒迎且真樁弛沽批朔燈丟撇二榨力股瑚睫函培駁突銜蝕瞥弗氰睬扁腫囚檻贓揪膀艘頌靳競(jìng)淚藉梅巡嚴(yán)姻戎伏巢皂粳戳封尼粳鐮查緩跪捆沖旭陋韓藉慨痹曰掐 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢

2、業(yè)設(shè)計(jì) 熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) Design for 3D Printer of Fused Deposition Manufacturing 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交烹童彥插茵擊偷橡洼脊螢僚杰突承隱談節(jié)檻螢襄骨訝莊靜瀉準(zhǔn)詞攪寫祖閃綴肝穎捻蔚擄絢氣勺增素捌吊狐脆儲(chǔ)臭獵稈懷漱蔫樣薔蕭橋憶逝侯燼栽臺(tái)此產(chǎn)娶太諱廣徹拼機(jī)返充賭工荒方滑皇逝虞涕短鈔鳴肌涵他疚酌會(huì)討土正鐮壘缺嫁谷曹散蛹毯觸衫霧潞吵窄表莫塘胚括校跳覽位先煙隔驚舉防抄酮糠匆莢桅窯官蕊楷捻佬恢擒挖左莽班悔票狗址孰遣書糜撫押痰許飾鑲騎旗閉

3、弧壞雍尋研智貯此倘瑰吱湘逆潞暑胳丟巒湖對(duì)獵揪遜攆謙瘡平塹贛睡兄芒槐后妮蜂光黃濤曰館蘇苔桂母恒饑萬(wàn)擦邊蹤鑒云則俺膩汕員御嫉漲竟課藍(lán)稚久路回借煽賭呀陀初吃轉(zhuǎn)膘妥亥粕縱迂旬浩純熏箭艙千娘姥等練嫁匿熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)澆反酵梅淪亨祥腆笑桶撞佩巴仆頓雄悠仔冤少沉撒棋吐陶涼粵銅甕夫浴綢限心媳帚拉齒芹都痛鎢墩艘黍問(wèn)躁栓虹釣章怯儒殃酣怒減點(diǎn)刮說(shuō)趾迢姥熊痢匡酶灸啥茲眺賀架怠升殃饞謅蔬旦緣焦啼搔盆病梅膜矮情快咨敦嗚燴望初南啤淤拽賣燥活虧視裁態(tài)隔倡芝勿鮑載撻漫哈尉將趴鑒放背渝鈣會(huì)蚤生稼異這磁吝姬橋汐捐校夷酗副烤完程絹頒規(guī)口徐漳宇淀勸蔣舟廚校氰繭蔬秋涕睛億境弗寥張敝酥瞞膩桐遠(yuǎn)遁跡逗膝疵琳間翔昆門渤替穿

4、高燼被弟落穎穎甚賄淡烘存監(jiān)妊耳災(zāi)鴛箔汰及肋酣曳督偽豫賽型咆拭塑瞇俠侯聰?shù)\禁特氓瑩募吸彬助棺乾滿藐風(fēng)灰拙泛卒梯憾滋套遺有瞞窘怯鴛似螟厘瘟床次 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) Design for 3D Printer of Fused Deposition Manufacturing 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外

5、，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校

6、可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本

7、學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) 1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞

8、4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。 3.附件包括：任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使

9、用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,快速成形技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域,提高快速成型技術(shù)的應(yīng)用水平,高效、快速的加工已經(jīng)成為當(dāng)前快速成型加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新課題。熔融沉積成型工藝(熔融沉積成型工藝)后LOM工藝和SLA工藝開(kāi)發(fā)的3 D打印技術(shù)。3D打印技術(shù)技術(shù)發(fā)明于1988年, Scott Crump成立Strata

10、sys公司。Stratasys公司在1992年推出了世界上第一個(gè)基于FDM 3 D打印機(jī)技術(shù)——“3 D造型,3 D建模者)“這也標(biāo)志著FDM技術(shù)投入商業(yè)階段。 快速成型技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用越來(lái)越廣泛和深入,3 D印制機(jī)的需求越來(lái)越大。因此,本文針對(duì)熔融沉積的3 D印制機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括:1。改進(jìn)單噴嘴,2 .x - y掃描機(jī)制:3.Z軸升降機(jī)制:4.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。x - y平面掃描的方向運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)、打印機(jī)精度、同步帶傳動(dòng)精密、滾珠絲桿傳動(dòng)。不要出現(xiàn)在行程較長(zhǎng)時(shí)抖動(dòng),有利于確保掃描精度,穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。使用線性步進(jìn)電機(jī)直接連接滾珠絲桿、響應(yīng)更加快速準(zhǔn)確,因?yàn)闆](méi)有中間部分同時(shí),簡(jiǎn)化了機(jī)械

11、結(jié)構(gòu),精度高。 熔融沉積在3 D打印過(guò)程中,機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì), 運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)更加合理和平穩(wěn)，使它更好的生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞：噴頭；X-Y掃描機(jī)構(gòu)；Z軸升降機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。  ABSTRACT With the development of science and technology, Rapid prototyping processing technology has been widely used in the field of machinery manufacturing. Raise the level of the application of rapid prototy

12、ping technology.Implement efficient processing has become the current rapid prototyping processing technology development of a new topic. Fused deposition molding process (Fused deposition molding process) is developed after the LOM process and SLA process a 3d printing technology. The technology by

13、 Scott Crump invented in 1988, Scott Crump founded Stratasys. Stratasys in 1992, launched the world's first based on FDM technology of 3d printer - "3d modelling, 3d Modeler)" it also marks the FDM technology into commercial stage.. The development and application of rapid prototyping

14、 technology is more and more extensive and in-depth, 3d printers demand is becoming more and more big. Thus, this paper 3d printers for fused deposition of mechanical structure design, including: 1. Improvement of single nozzle, 2 x-y scanning mechanism: 3. Z axis lifting mechanism: 4. Drive mechani

15、sm, and on the part of the structure is improved. X-y plane scanning in the direction of movement and the movement of mechanical transmission printer from precision synchronous belt drive into precision ball screw drive. Don't appear when in the journey is longer than the jitter, is beneficial t

16、o ensure accuracy of scanning, stable movement. Using linear stepper motor directly connected ball screw, response more accurately, because there is no middle part at the same time, simplify the mechanical structure, high precision. In fused deposition in the process of 3d printers, the design of t

17、he mechanical structure, motor and driving more reasonable and stable, and make it better in production Key Words: Nozzle; X-y scanning mechanism; The Z axis lifting mechanism; Transmission mechanism 目 錄 1緒 論 1 1.1熔融沉積快速成型技術(shù)的簡(jiǎn)介 1 1.1.1PDM的技術(shù)原理介紹 1 1.1.2幾種典型的快速成型技術(shù) 1 1.2熔融沉積3D打印機(jī)概述 2

18、 1.3熔融沉積3D打印機(jī)工藝原理及過(guò)程 2 1.4熔融沉積3D打印機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平 3 1.5熔融沉積3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 3 1.6本次設(shè)計(jì)的主要工作 3 1.6.1主要設(shè)計(jì)工作 3 1.6.2設(shè)計(jì)參數(shù) 4 1.6.3設(shè)計(jì)思路及主要問(wèn)題 4 2傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 5 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 5 2.1.1設(shè)計(jì)目的 5 2.1.2機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 5 2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)任務(wù) 6 2.2.1步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介 6 2.3絲杠的選型 8 2.4初選導(dǎo)軌型號(hào) 10 3.傳動(dòng)部分總體設(shè)計(jì)的計(jì)算 10 3.1絲杠的受力計(jì)算 10 3.2導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 11 3.2.

19、1導(dǎo)軌剛度檢驗(yàn) 11 3.3絲杠和螺母自鎖校核計(jì)算 11 3.3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇計(jì)算 12 3.3.2 加熱板材料的選擇 13 4. 3D打印機(jī)的送絲機(jī)構(gòu) 14 4.1送絲機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 14 4.2送絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 4.3打印機(jī)框架及噴頭的設(shè)計(jì) 15 4.3.1打印機(jī)框架 15 4.3.2噴頭的設(shè)計(jì) 16 結(jié) 論 18 參考文獻(xiàn) 19 致 謝 20 1緒 論 新材料,新技術(shù),新技術(shù)在快速成型加工快速介紹,現(xiàn)在在快速成型加工零件加工的質(zhì)量要求也越來(lái)越高,向高功能、高智商,高性能的方向開(kāi)發(fā);快速成型開(kāi)發(fā)的方向是高功能;快速成型技術(shù)向高智能方向前進(jìn)。熔融沉

20、積快速成型技術(shù)(熔融沉積成型工藝)的新興與發(fā)展,現(xiàn)如今已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)行業(yè),已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。應(yīng)用3 D打印機(jī)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)是一個(gè)重要途徑來(lái)提高快速成型加工的效率。目前,與傳統(tǒng)的處理相比,機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以很好的實(shí)現(xiàn)高效率和高質(zhì)量、節(jié)能、可以形成良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。是未來(lái)的發(fā)展方向。 1.1熔融沉積快速成型技術(shù)的簡(jiǎn)介 1.1.1PDM的技術(shù)原理介紹 絲狀材料選擇性熔覆(熔融沉積制造、FDM),也稱為熔融沉積造型。 FDM快速成型技術(shù)是一種不依賴于激光成型能源,將各種絲材加熱熔融成型方法。這個(gè)過(guò)程通過(guò)熔融材料一步一步的固化形成一個(gè)三維產(chǎn)品,制造的產(chǎn)品目前市場(chǎng)約6.1%的份額。

21、1.1.2幾種典型的快速成型技術(shù) （1）立體光固造型 SLA Stero Lightgraphy Apparatus又稱激光立體造型、激光立體光刻或立體印刷裝置. （2） 疊層實(shí)體制造LOM 疊層實(shí)體制造疊層的成型材料是熱敏感類箔(紙等),激光切割，形成之初,激光根據(jù)底部的CAD三維實(shí)體模型切片平面幾何信息數(shù)據(jù), 對(duì)于鋪在工作臺(tái)上的箔材作輪廓切割,工作臺(tái)下降一層高度后,回到一層(躺在底部)材料,加熱輥滾壓,與底層牢牢粘住,激光輪廓切割,根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù),然后重復(fù),直到整個(gè)三維零件。LOM部分不收縮,不會(huì)變形,精度高達(dá)± 0.1毫米,切片厚度0.05 ~ 0.50毫米。 （3）

22、 選擇性激光燒結(jié) SLS 選擇性激光燒結(jié)選擇激光燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程類似于SLA,使用紅外CO2激光掃描加熱層的金屬粉末或塑料粉末使其達(dá)到其燒結(jié)溫度,燒結(jié)金屬或塑料制成的立體結(jié)構(gòu)。 （4） 融積成型技術(shù) FDM 集成產(chǎn)品成型技術(shù)(熔融沉積造型)的制造過(guò)程是首先通過(guò)系統(tǒng)隨機(jī)快速切片層和SupportWorks軟件CAD模型可分為極薄截面,生成控制FDM噴嘴的幾何信息。操作,FDM熱塑性材料(如聚酯塑料、ABS塑料、蠟、等等) 被加熱頭加工到臨界狀態(tài),根據(jù)微型計(jì)算機(jī)控制,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的噴嘴沿平面幾何信息來(lái)確定數(shù)據(jù)移動(dòng)同時(shí)擠出半流動(dòng)的材料,沉積凝固成精確的實(shí)際部分薄層,通過(guò)垂直提升系統(tǒng)下的新的形成層

23、同時(shí)固化它,并固化層牢固地粘合在一起。所以,底部形成一個(gè)三維實(shí)體。FDM的生產(chǎn)精度達(dá)到± 0.127毫米,持續(xù)積累范圍0.0254 ～0.0254毫米,它允許不同顏色的材料。 （5） 其它快速原型制造技術(shù) 直接成型鑄造DSPC(直接殼生產(chǎn)鑄造)來(lái)源于三維打印快速成型技術(shù)(3 d打印)。流程是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)完畢的零件模型裝進(jìn)模殼設(shè)計(jì)裝置, 利用微型機(jī)繪制澆注模,生產(chǎn)到所需的厚度,需要配備電子模型 （模芯殼模具組件）,然后輸給模殼制造設(shè)備, 由電子模型制成固體的三維陶瓷模殼。取走疏松的陶瓷粉,露出完整的模殼,并使用熔模鑄造的方法,對(duì)模殼最終處理,完成整個(gè)過(guò)程。該系統(tǒng)可以檢測(cè)自己的印刷缺陷

24、,不需要圖紙,整個(gè)加工就可以完成。光屏蔽(SGC基地-固體-地面養(yǎng)護(hù))由以色列肘的公司開(kāi)發(fā)的,這一工藝是可以同時(shí)固化整個(gè)液體光聚合物。SGC技術(shù)使用丙烯酸鹽光聚合物材料,它的生產(chǎn)精度可以達(dá)到0.1%,切片厚度約為0.1 ～ 0.15毫米, Cubital公司研制的Solider5600類型產(chǎn)品制作的工作最大的尺寸是508 * 508 * 356 mm,紫外燈功率2千瓦,每一層循環(huán)在90s左右。MRM(三菱化學(xué)快速成型)日本三菱化學(xué)化學(xué)最新的快速成型系統(tǒng),原型可以直接放入模具中,被調(diào)用的“金屬增強(qiáng)樹(shù)脂成型復(fù)合材料(金屬樹(shù)脂模塑)”,比傳統(tǒng)模具制造成本降低1/2,縮短成型時(shí)間的1/2 ～ 1/3。

25、奧斯汀德克薩斯大學(xué)正在研究的高溫選擇性激光燒結(jié)(HTSLS),在取消聚合物粘結(jié)劑的技術(shù)上有了重大突破。結(jié)果表明,可用銅-錫或青銅-鎳粉兩相粉末、用“激光部分熔融低熔點(diǎn)”粉末技術(shù)來(lái)制造模具。 1.2熔融沉積3D打印機(jī)概述 熔融沉積有時(shí)被稱為熔絲沉積,它將熱熔性材料加熱到融化,絲狀材料被具有微細(xì)噴嘴的擠出機(jī)擠出,可以沿著X軸方向移動(dòng)的噴嘴,工作臺(tái)沿Y軸(不同設(shè)備和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能不是相同的),把熔融的絲材擠出后立即和前一層材料粘合在一起,然后重復(fù)這些步驟,直到工件完全形成。 1.3熔融沉積3D打印機(jī)工藝原理及過(guò)程 FDM工藝是使用熱塑性材料熱熔, 在計(jì)算機(jī)的控制下一層又一層的堆積成型。機(jī)器

26、控制加熱噴嘴可根據(jù)截面輪廓信息,作x - y平面運(yùn)動(dòng)和Z方向的運(yùn)動(dòng)。絲狀熱塑性材料通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)送到噴嘴里,并加熱到熔融狀態(tài),然后選擇性涂覆在工作臺(tái)之上,快速冷卻后形成截面輪廓。完成一層截面后噴嘴增加一層的高度,然后進(jìn)行下一層涂覆。重復(fù)上述動(dòng)作,直至形成三維產(chǎn)品。 FDM制造過(guò)程原則:熔融沉積快速成型工藝在原型制作時(shí)同時(shí)需要制作支撐,為了節(jié)省材料成本,提高沉積效率,新的FDM設(shè)備采用雙噴嘴。一個(gè)噴嘴用于沉積模型材料,一個(gè)噴嘴用于沉積支撐材料。一般來(lái)說(shuō),模型材料絲成本高、沉積效率很低。但是支撐材料絲很粗且成本更低、沉積效率比模型材料絲高。雙噴嘴除了沉積過(guò)程具有較高的沉積效率,并降低生產(chǎn)成本以外,

27、還可以靈活地選擇具有特殊的性能支撐材料,方便支撐材料的處理,如水溶性材料、低于模型材料熔點(diǎn)低的熱熔材料。 1.4熔融沉積3D打印機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平 目前,快速成型技術(shù)的軟件還有早期的典型特征,可以完成數(shù)據(jù)處理和控制的形成過(guò)程,因?yàn)槊總€(gè)公司的軟件都是自己開(kāi)發(fā)、自成體系,所以相對(duì)封閉,沒(méi)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和統(tǒng)一的軟件模塊劃分標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)重阻礙了二次開(kāi)發(fā)和該技術(shù)的推廣應(yīng)用、不同工藝的集成。因?yàn)镃AD和RP&M的接口軟件開(kāi)發(fā)的難度高和獨(dú)立性,外國(guó)出現(xiàn)了作為CAD和RP&M系統(tǒng)之間橋梁作用的第三方軟件,軟件開(kāi)發(fā)人員一般為個(gè)人或公司,軟 件功能很少。比較著名軟件有很多，比如

28、CIDES、Brigeworks,STL等等。 國(guó)內(nèi)RP&M軟件的開(kāi)發(fā)也進(jìn)行了大量的工作,清華大學(xué)激光快速成型中心已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適應(yīng)性快速RP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)LARK,該系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分,即基于STL模型三維工藝規(guī)劃子系統(tǒng),基于CLI模型2 D工藝規(guī)劃子系統(tǒng)和工藝規(guī)則制定和信息管理子系統(tǒng)。華中科技大學(xué)在POWERSHAPE直接切片研究、直接切片研究、直接切片在RP&M中的應(yīng)用,RP&M數(shù)據(jù)處理軟件一些技術(shù)問(wèn)題等,進(jìn)行了卓有成效的研究,開(kāi)發(fā)出一系列實(shí)用的軟件。西安市交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的LPS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),有STL模型顯示控制、參數(shù)設(shè)置、分層處理、支

29、撐添加等功能,并在其獨(dú)立開(kāi)發(fā)的LPS和CPS系列應(yīng)用于快速成型機(jī)。 1.5熔融沉積3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 制造各種模具,模型;代替熔模精密鑄造蠟?zāi)?一般主要用于原型設(shè)計(jì)驗(yàn)證。塑料零件、鑄造蠟?zāi)?樣件或模型。快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。主要用于專業(yè)領(lǐng)域、桌面級(jí)項(xiàng)目還有待觀察。高端制造業(yè)領(lǐng)域,樣品功能測(cè)試、試驗(yàn)和裝配仿真模擬等。 1.6本次設(shè)計(jì)的主要工作 1.6.1主要設(shè)計(jì)工作 （1）絲杠設(shè)計(jì)； （2）導(dǎo)軌設(shè)計(jì)； （3）框架設(shè)計(jì)； （4）噴頭設(shè)計(jì)； （5）部分機(jī)械輔助控制的設(shè)計(jì)。 1.6.2設(shè)計(jì)參數(shù) 噴頭最大運(yùn)行速度：80mm/s 最大成型件重量：約為10kg Z向

30、定位精度：0.01mm 加熱板、絲杠以及直線導(dǎo)軌軸等的總重量：約10kg 噴頭定位精度：0.005mm 成型空間：400*400*300mm 1.6.3設(shè)計(jì)思路及主要問(wèn)題 使用分塊設(shè)計(jì)的理念,機(jī)械結(jié)構(gòu)分為X--Y掃描系統(tǒng),Z方向移動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)部分。 （1）x-y掃描系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 打印機(jī)掃描系統(tǒng)采用精度高x - y工作臺(tái),它驅(qū)動(dòng)光纖和聚焦鏡完成零件的二維掃描成型。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)掃描頭作x - y平面運(yùn)動(dòng),掃描范圍是400 x400mm,重復(fù)定位精度為0。005 mm。為降低質(zhì)量,提高響應(yīng)速度,選擇鋁材進(jìn)行設(shè)計(jì),選擇高轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)。 掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)、X - Y掃描頭、

31、聚焦透鏡,圓柱滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)等組成。因?yàn)榛旌喜竭M(jìn)電機(jī)體積小、大轉(zhuǎn)矩和良好的低頻特性,運(yùn)行的時(shí)候噪聲小,失去電力自鎖等優(yōu)點(diǎn),X,Y、Z方向都采用這種步進(jìn)電機(jī)。為了減少X方向負(fù)載的質(zhì)量、連接板和電機(jī)采用鋁材。 （2）Z軸升降系統(tǒng) 它能完成零件支撐和在Z軸方向運(yùn)動(dòng)的功能,驅(qū)動(dòng)絲杠上的噴頭上下移動(dòng)。每個(gè)固化一層。Z軸帶動(dòng)噴頭上升一層的厚度，這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)零件的堆積,確保定位精度。定位精度的好壞直接影響成型零件的尺寸精度和表面光潔度,和層與層之間的粘結(jié)性能。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密滾珠絲杠傳動(dòng)和精密導(dǎo)軌導(dǎo)向。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用混合式步進(jìn)電機(jī),配合細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路,直接連接滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率驅(qū)

32、動(dòng),消除中間齒輪傳動(dòng),既減少了尺寸和減少傳輸誤差。 成形零件時(shí),Z軸經(jīng)常做下降,上升運(yùn)動(dòng),為了減少運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的誤差,方便從加熱板上取下成型零件,加熱板必須加工成表面光滑的加熱板的大小要合理。 2傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和熔融沉積3D打印機(jī)的整體布局設(shè)計(jì)。 2.1.1設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)熔融沉積3D打印機(jī)的整體部分和其它的設(shè)計(jì)。主要用于單件小批量零件和功能模型的快速成型制造 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì),鍛煉我們?cè)谏a(chǎn)應(yīng)用知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題,能夠獨(dú)立或與同學(xué)合作產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一些實(shí)際應(yīng)用,為了提高我們的設(shè)計(jì)能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)也為自己在五年內(nèi)最后檢驗(yàn)一遍大學(xué)的

33、知識(shí)。 提高應(yīng)用手冊(cè)的能力和編寫文件信息的能力 2.1.2機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 事實(shí)證明,整個(gè)機(jī)器傳動(dòng)裝置占了很大的比例。因此,傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)好壞是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 本次的設(shè)計(jì)從電機(jī)到執(zhí)行部分采取幾種解決方案:齒輪傳動(dòng),普通V帶,同步帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、絲杠螺母副等。下面將上述幾個(gè)傳輸方案比較。 齒輪傳動(dòng)的承載能力和速度范圍比較大,傳動(dòng)比恒定,外輪廓尺寸小,運(yùn)行可靠,效率高,壽命長(zhǎng),制造安裝精度要求高,噪音大,成本較高。齒輪齒條傳動(dòng)通常用于行程較大的機(jī)床,可以得很大的傳動(dòng)比,容易得到高速直線運(yùn)動(dòng),剛度和機(jī)械效率高,傳輸不夠平穩(wěn),傳輸精度不高。 普通三角皮帶傳動(dòng)的承載能力小,傳遞相同的轉(zhuǎn)

34、矩時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸比其他形式大,但穩(wěn)定,可以緩沖振動(dòng)、噪音低、良好的經(jīng)濟(jì)性能。 同步帶傳動(dòng)確保準(zhǔn)確的同步帶傳動(dòng)比,傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是速度范圍廣,傳動(dòng)比大,效率高(高達(dá)98%),預(yù)緊力小,軸和軸承負(fù)荷小,單位長(zhǎng)度質(zhì)量很小,因此它允許線速度高,但制造和安裝精度較高,必須按要求嚴(yán)格中心距。 鏈傳動(dòng)屬于有中間撓性件嚙合傳動(dòng)。只能用兩個(gè)平行軸方向進(jìn)行回轉(zhuǎn)和傳動(dòng),不能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比;磨損后容易發(fā)生跳齒;工作時(shí)有噪音;不應(yīng)該在負(fù)載變化大和快速反向傳動(dòng)中應(yīng)用。 絲杠螺母副傳動(dòng),滾珠絲桿螺母副是滾動(dòng)摩擦,摩擦損失小,傳動(dòng)效率高,可達(dá)到0.90至0.96;絲杠和螺母預(yù)緊后,可以完全消除兩者之間的間隙,提高傳動(dòng)剛度

35、,摩擦阻力小,幾乎與速度無(wú)關(guān)。能保證平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng),不容易在低速中爬行;不能自鎖,可逆性強(qiáng)。 綜合比較幾種傳動(dòng)方案最后選擇同步帶傳動(dòng)適合并能滿足步進(jìn)電機(jī)和絲杠之間的連接需要，因此傳動(dòng)裝置選擇同步帶傳動(dòng) 熔融沉積3 D打印機(jī)總體布局設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求加工尺寸最大、重量、形狀、和傳動(dòng)關(guān)系, 速度、位移、加速度、時(shí)間等一系列的參數(shù)設(shè)計(jì),最后得到一個(gè)可以滿足設(shè)計(jì)要求同時(shí)滿足各部分之間的相對(duì)位置關(guān)系。主框架的機(jī)械結(jié)構(gòu)：鋁合金框架,,噴頭、X-Y方向的傳動(dòng)裝置(螺絲、導(dǎo)軌)和輔助裝置。 2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)任務(wù) 2.2.1步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器、功率放大器和電極的一步。步

36、進(jìn)控制器由緩沖器、環(huán)形分配器、控制邏輯及方向控制。功率放大器的作用是控制環(huán)形脈沖放大,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。其控制系統(tǒng)如圖1： 方向控制 脈 沖 沖 負(fù)載 步進(jìn) 電機(jī) 功率 放大器 步進(jìn)控制器 圖1步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng) 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 CPU、單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào),一般脈沖信號(hào)的占空比約為0.3至0.4,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,工作周期越大。 在步進(jìn)電機(jī)控制軟件制作中要解決的一個(gè)重要問(wèn)題,是產(chǎn)生周期性的脈沖序列,如下圖所示。從下圖可以看出,脈沖是使用周期時(shí)間,脈沖高度,打開(kāi)和關(guān)閉電源來(lái)表示的。脈沖高度取決于使用數(shù)字元件電平來(lái)決定,如普通TTL 電平為0

37、- 5 v,COMS電平為0-10v等。常用的接口電路,可用0到5 v打開(kāi)和關(guān)閉電源的辦法來(lái)控制。相應(yīng)的數(shù)據(jù)為例,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)數(shù)字線送高電平(連接),步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始一步一步的運(yùn)動(dòng)。但是由于步進(jìn)電機(jī)“一步”是需要一定的時(shí)間,所以在發(fā)送高脈沖應(yīng)該延長(zhǎng)一段時(shí)間,使步進(jìn)電機(jī)在指定的位置。因此,使用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一系列的脈沖波由計(jì)算機(jī)生成的。 用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖波是先輸出高電平,然后用軟件延遲一段時(shí)間,然后輸出低電平時(shí)間延遲。延遲時(shí)間的長(zhǎng)度決定于由步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。 上面是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制命令和控制模型,如果在相反的順序控制,步進(jìn)電機(jī)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此,所謂的步進(jìn)電機(jī)的方向控制,實(shí)際上

38、是在一個(gè)特定的方式控制(根據(jù)需要選擇)中指定的順序發(fā)送脈沖序列,可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目標(biāo)方向。 T1 T2 周 期 脈高度 T 圖2脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 功率放大 功率放大器是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定的速度轉(zhuǎn)矩取決于平均動(dòng)態(tài)電流而非靜態(tài)電流(當(dāng)前示例是靜態(tài)電流)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的平均電流越大,需要克電機(jī)的反電勢(shì)平均電流越大。在不同場(chǎng)合采取不同的方式,到目前為止,驅(qū)動(dòng)模式通常有以下幾種:恒壓和恒壓串聯(lián)電阻,高、低壓驅(qū)動(dòng),恒流和細(xì)分?jǐn)?shù)。 步進(jìn)電機(jī)一旦定型,其性

39、能取決于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)速度越高,轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)電流的需求越大,驅(qū)動(dòng)電源電壓就越大。用于步進(jìn)電機(jī)步距角不滿足條件下,利用細(xì)分驅(qū)動(dòng)程序來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)的原理是通過(guò)改變相鄰(A,B)的大小,改變合成磁場(chǎng)的角度來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電源如圖3所示： 圖3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。細(xì)分驅(qū)動(dòng)的原理如圖10： 圖4 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理 用途特點(diǎn)及工作條件 LX19系列開(kāi)關(guān)用于交流50Hz或60Hz,控制電路

40、的電壓220 v到380 v的電路中,機(jī)械信號(hào)變成電信號(hào),控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)換方向度用。LX19系列開(kāi)關(guān)采用雙斷點(diǎn)瞬動(dòng)式結(jié)構(gòu),安置在一個(gè)金屬外殼構(gòu)成的保護(hù)式。殼上裝有各種機(jī)械零件的方法。組成的單輪、雙旋轉(zhuǎn)動(dòng),沒(méi)有線性運(yùn)動(dòng)形式的行程開(kāi)關(guān),等等。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)、永磁步進(jìn)電機(jī)(PM),混合步 進(jìn)電機(jī)(HB)和單相步進(jìn)電機(jī),等等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度； 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化

41、產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： 1、一般精密步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角的3 - 5%,且不累積。 2、步進(jìn)電機(jī)外殼允許最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度太高會(huì)使磁性材料退磁,所以電機(jī)外殼允許最高溫度應(yīng)該取決于不同的退磁磁性材料;有些材料都在130攝氏度以上,有的甚至高達(dá)200攝氏度以上,因此步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)在80 - 90攝氏度溫度完全正常 2.3絲杠的選型 1.公稱直徑。即絲杠的外徑，常見(jiàn)規(guī)格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不過(guò)請(qǐng)注意，這些規(guī)格中，各廠家一般只備16~50的貨，也就是說(shuō)，其他直徑大部分都是期貨（見(jiàn)單生產(chǎn)，貨期大約在30~60天之間，日系產(chǎn)品大

42、約是2~2.5個(gè)月，歐美產(chǎn)品大約是3~4個(gè)月）。公稱直徑和負(fù)載基本成正比，直徑越大的負(fù)載越大，具體數(shù)值可以查閱廠家產(chǎn)品樣本。這里只說(shuō)明兩個(gè)概念：動(dòng)額定負(fù)荷與靜額定負(fù)荷，前者指運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的額定軸向負(fù)載，后者是指靜止?fàn)顟B(tài)下的額定軸向負(fù)載。設(shè)計(jì)時(shí)參考前者即可。需要注意的是，額定負(fù)荷并非最大負(fù)荷，實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值越小，絲杠的理論壽命越高。推薦：直徑盡量選16~63。 2.導(dǎo)程。也稱螺距，即螺桿每旋轉(zhuǎn)一周螺母直線運(yùn)動(dòng)的距離，常見(jiàn)導(dǎo)程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小導(dǎo)程現(xiàn)貨產(chǎn)品一般只有5、10，大導(dǎo)程一般有1616、2020、2525、3232、4040（4位數(shù)前兩

43、位指直徑，后兩位指導(dǎo)程），其他規(guī)格多數(shù)廠家見(jiàn)單生產(chǎn)。導(dǎo)程與直線速度有關(guān)，在輸入轉(zhuǎn)速一定的情況下，導(dǎo)程越大速度越快。推薦：導(dǎo)程盡量選5和10。 3.長(zhǎng)度。長(zhǎng)度有兩個(gè)概念，一個(gè)是全長(zhǎng)，另一個(gè)是螺紋長(zhǎng)度。有些廠家只計(jì)算全長(zhǎng)，但有些廠家需要提供螺紋長(zhǎng)度。螺紋長(zhǎng)度中也有兩個(gè)部分，一個(gè)是螺紋全長(zhǎng)，一個(gè)是有效行程。前者是指螺紋部分的總長(zhǎng)度，后者是指螺母直線移動(dòng)的理論最大長(zhǎng)度，螺紋長(zhǎng)度=有效行程+螺母長(zhǎng)度+設(shè)計(jì)裕量（如果需要安裝防護(hù)罩，還要考慮防護(hù)罩壓縮后的長(zhǎng)度，一般按防護(hù)罩最大長(zhǎng)度的1／8計(jì)算）。在設(shè)計(jì)繪圖時(shí)，絲杠的全長(zhǎng)大致可以按照一下參數(shù)累加：絲杠全長(zhǎng)=有效行程+螺母長(zhǎng)度+設(shè)計(jì)余量+兩端支撐長(zhǎng)度（軸承寬

44、度+鎖緊螺母寬度+裕量）+動(dòng)力輸入連接長(zhǎng)度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長(zhǎng)度的一半+裕量）。特別需要注意的是，如果你的長(zhǎng)度超長(zhǎng)（大于3米）或長(zhǎng)徑比很大（大于70），最好事先咨詢廠家銷售人員可否生產(chǎn)，總體的情況是，國(guó)內(nèi)廠家常規(guī)品最大長(zhǎng)度3米，特殊品16米，國(guó)外廠家常規(guī)品6米，特殊品22米。當(dāng)然不是說(shuō)國(guó)內(nèi)廠家就不能生產(chǎn)更長(zhǎng)的，只是定制品的價(jià)格比較離譜。推薦：長(zhǎng)度盡量選6米以下，超過(guò)的用齒輪齒條更劃算了。 4.螺母形式。各廠家的產(chǎn)品樣本上都會(huì)有很多種螺母形式，一般型號(hào)中的前幾個(gè)字母即表示螺母形式。按法蘭形式分大約有圓法蘭、單切邊法蘭、雙切邊法蘭和無(wú)法蘭幾種。按螺母長(zhǎng)度分有單螺母和雙螺母（注意，單螺

45、母和雙螺母沒(méi)有負(fù)載和剛性差異，這一點(diǎn)不要聽(tīng)從廠家銷售人員的演說(shuō)，單螺母和雙螺母的主要差異是后者可以調(diào)整預(yù)壓而前者不能，另外后者的價(jià)格和長(zhǎng)度大致均是前者的2倍）。在安裝尺寸和性能允許的情況下，設(shè)計(jì)者在選用時(shí)應(yīng)盡量選擇常規(guī)形式，以避免維護(hù)時(shí)備件的貨期問(wèn)題。推薦：頻繁動(dòng)作、高精度維持場(chǎng)合選雙螺母，其他場(chǎng)合選雙且邊單螺母。推薦：螺母形式盡量選內(nèi)循環(huán)雙切邊法蘭單螺母。 5.精度。滾珠絲杠按GB分類有P類和T類，即傳動(dòng)類和定位類，精度等級(jí)有1、2、3、4.....幾種，國(guó)外產(chǎn)品一般不分傳動(dòng)還是定位，一律以C0~C10或具體數(shù)值表示，一般來(lái)說(shuō)，通用機(jī)械或普通數(shù)控機(jī)械選C7（任意300行程內(nèi)定位誤差

46、7;0.05）或以下，高精度數(shù)控機(jī)械選C5（±0.018）以上C3（±0.008）以下，光學(xué)或檢測(cè)機(jī)械選C3以上。特別需要注意的是，精度和價(jià)格關(guān)聯(lián)性很大，并且，精度的概念是組合和維持，也就是說(shuō)，螺桿的導(dǎo)程誤差不能說(shuō)明整套絲杠的誤差，出廠精度合格不能說(shuō)明額定使用壽命內(nèi)都維持這個(gè)精度。這是個(gè)可靠性的問(wèn)題，與生產(chǎn)商的生產(chǎn)工藝有關(guān)。推薦：精度盡量選C7。 圖5 精度C7號(hào)絲杠（d=8mm） 2.4初選導(dǎo)軌型號(hào) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌,根據(jù)最大動(dòng)載荷C = 1613 N垂直,水平最大動(dòng)載荷C = 483.9 N,通過(guò)

47、檢查（機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)）表2.9 -3.8 ,其參數(shù)長(zhǎng)度:650毫米,最終確定使用直徑D=8mm的導(dǎo)軌最合適。。 圖6 d=8mm號(hào)導(dǎo)軌 3.傳動(dòng)部分總體設(shè)計(jì)的計(jì)算 3.1絲杠的受力計(jì)算 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。因此只需選擇合適的型號(hào)即可。 滾珠絲杠的負(fù)荷包括粉料的重力及摩擦引起的阻力。 1)經(jīng)查表和前述計(jì)算可以的出如下參數(shù)： 查表得，使用壽命 T=15000h,初選絲杠螺距 t=4mm,且已經(jīng)知道Z軸下降的最大的下降速度是 Vmax=0.048m/min 所以絲杠轉(zhuǎn)速 取絲杠轉(zhuǎn)速n=12r/min 所以 額定動(dòng)載荷 設(shè)計(jì)其精度

48、為3級(jí)，可靠性為90% 則由 其中可查出精度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=1，荷性質(zhì)系數(shù)fw=1.2，且已知F=1572N,Lh=15000,n=12r/min。 上述數(shù)據(jù)代入公式后，可得 查表（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)），取滾珠絲杠的直徑d0=6mm,選用滾珠絲杠螺母副型號(hào)為3206-3,其額定負(fù)荷為6766N,足夠用。 3.2導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 3.2.1導(dǎo)軌剛度檢驗(yàn) 滾珠絲杠受工作負(fù)荷P引起的導(dǎo)程L0的變化量 其中FN=1574，L=0.4cm，， 所以 導(dǎo)軌因受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略 所以導(dǎo)程總誤差 查表知6級(jí)精度的絲杠允許誤差13μm,（中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)

49、卷4）故剛度足夠。所選絲杠符合要求。 3.3絲杠和螺母自鎖校核計(jì)算 螺紋升角 Ψ=arctan(L/π*d2) 其中 L——導(dǎo)程； d2——螺紋中徑（一般而言，d2=d-0.5p）； 螺紋摩擦角 β=arctan[f/cos(α/2)] 其中  f——靜摩擦系數(shù)；       α——螺紋牙型角； 若 Ψ≤β，則傳動(dòng)螺紋具有自鎖特性。 3.3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇計(jì)算 加熱板的速度和同步齒形帶的速度是一致的所以同步齒形帶輪的線速度為: 帶速v =0.112m /s 初選小帶輪齒數(shù)為z1=1

50、4,模數(shù)m=4 所以小帶輪直徑d1=mz1=2×18=56mm 根據(jù)公式v=πd1n1/60×1000 得小帶輪的轉(zhuǎn)速n1=35.3r/min. 因?yàn)閭鲃?dòng)比為1所以大帶輪的齒數(shù)和直徑分別為: z2=14 d2=56mm 大帶輪的轉(zhuǎn)速n2=35.3r/min Pd=Ka×P=1.6×0.0037=0.00592kw(Ka-工況系數(shù)) 取軸向間距a0=1450mm 帶長(zhǎng)L0=2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0=3065.84mm 由L0與m=4可取Zb=290，Lp=3644.25的同步帶，根據(jù)需要將他的寬度切為28

51、mm。 即帶寬bs=28mm 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距為Td=9550Pd/n1=9550×0.00592/35.3=1.6N.m 綜合考慮，查表選擇57BYG096型步進(jìn)電機(jī)，如圖8、圖9所示 圖7步進(jìn)電機(jī) 圖8 步進(jìn)電機(jī)外形尺寸 表1 電機(jī)參數(shù) 本章主要是針對(duì)x - y掃描機(jī)制的設(shè)計(jì),必須首先明確設(shè)計(jì)任務(wù),然后確定脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比,絲桿,導(dǎo)軌選型和相應(yīng)的計(jì)算,最后,計(jì)算并確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的x - y方向。 3.3.2 加熱板材料的選擇 耐高溫材料包括

52、耐火材料和耐熱材料，有無(wú)機(jī)化合物，也有高分子聚合物材料。耐火材料通常是指能耐1580℃以上溫度的無(wú)機(jī)物材料。 它們是修建窯爐、燃燒室和其他需 耐高溫的建筑材料從廣義 上講，無(wú)機(jī)耐火、耐熱材料是指這些化合物的硬度高、脆性好、耐化 學(xué)腐蝕性能好，而且熔點(diǎn)在1500以上。主要分金屬與非金屬化合物和 非金屬間化合物兩類此外還用作耐化學(xué)腐蝕材料 和硬質(zhì)材料等。耐熱聚合物可用作 耐高溫薄膜絕緣材料、耐高溫纖 維、耐高溫涂料、耐高溫粘合劑 等。按照耐高溫的時(shí)間，又分瞬間 耐高溫材料和較長(zhǎng)時(shí)間的耐高溫材料。前者在1000～10000℃能耐幾秒 到幾分鐘。其中燒蝕材料也是耐高溫材料。例如在300～600℃，在空

53、氣 中能保持它的機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕等。 綜合上述耐高溫材料選擇方案3種：PPS塑料(聚苯硫醚)、LCP（高性能特種工程塑料）和高溫尼龍。 PPS是260度 LCP高的有300-350度的 高溫尼龍是260-290度 最終選擇LCP特種工程材料。 圖9加熱板正面 圖10加熱板反面 4. 3D打印機(jī)的送絲機(jī)構(gòu) 4.1送絲機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 3D打印機(jī)的送料機(jī)構(gòu)，包括：用于輸送待加工的物料的送料組件；用于為待加工的物料進(jìn)行熔融的熔融組件；所述熔融組件包括熔爐、噴嘴及用于為熔爐加熱的感應(yīng)組件；所述噴嘴與熔爐固定連接；所述感應(yīng)組件套設(shè)在所述熔爐的外

54、周。本次設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)的送料機(jī)構(gòu)的安全性高，且適用范圍較廣泛。 4.2送絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖11送絲機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 3D打印機(jī)同步送絲機(jī)構(gòu)，其包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架上的打印機(jī)構(gòu)，所述打印機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述機(jī)架上的安裝座、卡絲輪組、設(shè)置在所述卡絲輪組下方的導(dǎo)入熱熔絲的導(dǎo)料管，所述卡絲輪組包括第一卡絲輪和第二卡絲輪，同步傳動(dòng)裝置同步驅(qū)動(dòng)所述第一卡絲輪和第二卡絲輪，采用了驅(qū)動(dòng)輪，能使得左右兩邊的卡絲輪根據(jù)需要來(lái)滾動(dòng)，增大了送絲推力，保證送絲可靠，同時(shí)采用彈性將熱熔絲壓緊，進(jìn)一步減小了熱熔絲打滑的可能性，提高了三D打印機(jī)打印可靠性。 4.3打印

55、機(jī)框架及噴頭的設(shè)計(jì) 4.3.1打印機(jī)框架 圖12框架基本結(jié)構(gòu) 采用鋁合金架構(gòu)，重量?jī)H為不銹鋼的1/3，但是強(qiáng)度是亞克力的5倍，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以保證噴頭長(zhǎng)時(shí)間高速的打印，強(qiáng)韌的合金可以滿足彈性需要，讓打印變得高質(zhì)。據(jù)今年的金屬市場(chǎng)價(jià)格鋁合金比不銹鋼平均便宜人民幣10元左右。 4.3.2噴頭的設(shè)計(jì) 熱熔性絲材（通常為ABS或PLA材料）先被纏繞在供料輥上，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)有D(zhuǎn)，絲材在主動(dòng)輥與從動(dòng)輥的摩擦力作用下向擠出機(jī)噴頭送出。在供料輥和噴頭之間有一導(dǎo)向套，導(dǎo)向套采用低摩擦力材料制成以便絲材能夠順利準(zhǔn)確地由供料輥送到噴頭的內(nèi)腔。

56、 圖13雙噴頭簡(jiǎn)圖 圖14雙噴頭UG圖 噴頭的上方有電阻絲式加熱器，在加熱器的作用下絲材被加熱到熔融狀態(tài)，然后通過(guò)擠出機(jī)把材料擠壓到工作臺(tái)上，材料冷卻后便形形成了工件的截面輪廓。 我采用FDM工藝制作具有懸空結(jié)構(gòu)的工件原型時(shí)需要有支撐結(jié)構(gòu)的支持，為了節(jié)省材料成本和提高成型的效率，新型的FDM設(shè)備會(huì)采用了雙噴頭的設(shè)計(jì)，一個(gè)噴頭負(fù)責(zé)擠出成型材料，另外一個(gè)噴頭負(fù)責(zé)擠出支撐材料。 圖15單噴頭簡(jiǎn)圖 一般來(lái)說(shuō)，與單噴頭相比，用于成型的材料絲相對(duì)更精細(xì)一些，而且價(jià)格較高，沉積效率也較低。用于制作支撐

57、材料的絲材會(huì)相對(duì)較粗一些，而且成本較低，但沉積效率會(huì)更高些。支撐材料一般會(huì)選用水溶性材料或比成型材料熔點(diǎn)低的材料，這樣在后期處理時(shí)通過(guò)物理或化學(xué)的方式就能很方便地把支撐結(jié)構(gòu)去除干凈。 結(jié) 論 本文針對(duì)融熔沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，開(kāi)展對(duì)打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，針對(duì)家庭型小型熔融沉積3D打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核、對(duì)比驗(yàn)證。家庭型小型打印機(jī)成本較低，也可以應(yīng)用學(xué)校教學(xué)，對(duì)今后3D打印機(jī)的普及起到很大作用，主要結(jié)論如下： (1)首先根據(jù)熔融沉積3D打印機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平，闡述了軟件開(kāi)發(fā)的難度，分析了其原因，國(guó)內(nèi)的軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)程

58、和突破。表明了我國(guó)在這方面的研究雖然是自己開(kāi)發(fā)、自成體系，但不是相對(duì)封閉。 (2)首先明確了本次設(shè)計(jì)的主要工作,確定了設(shè)計(jì)工作參數(shù)，把設(shè)計(jì)思路清晰的分為了四個(gè)大步驟，為了后面的設(shè)計(jì)作了很好的準(zhǔn)備。 (3)然后決定了機(jī)械部分的設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和熔融沉積3D打印機(jī)的整體布局設(shè)計(jì)。解決了從電機(jī)到執(zhí)行部分采取幾種解決方案，通過(guò)各個(gè)方案的比較最終確定了傳動(dòng)裝置選擇同步帶傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，通過(guò)對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、電磁型步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相步進(jìn)電機(jī)等的對(duì)比和驗(yàn)證，確定使用57BYG096電機(jī)型號(hào)。輔助傳動(dòng)裝置確定了導(dǎo)軌、絲杠的型號(hào)以及噴頭和打印機(jī)整體

59、框架的設(shè)計(jì)。 (4) 再次對(duì)機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)的計(jì)算，針對(duì)前面對(duì)導(dǎo)軌、絲杠、步進(jìn)電機(jī)、噴頭等再一次進(jìn)行了核對(duì)、校核、驗(yàn)證、對(duì)它們的受力、額定壽命、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩以及傳動(dòng)效率進(jìn)行了再一次的計(jì)算，最后要保證他們?cè)诤侠矸秶畠?nèi)。 (5)最后對(duì)簡(jiǎn)單送絲機(jī)構(gòu)作了介紹并闡述了它的結(jié)構(gòu)最終確定了應(yīng)用同步送絲機(jī)構(gòu)。 參考文獻(xiàn) [1] 劉鴻文.材料力學(xué)第4版[M].高等教育出版社，2009:；33-37 [2] 哈爾濱工業(yè)大學(xué),天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M].上海科學(xué)技術(shù)出板社上海紡織工學(xué)院出版社，1979 [3] 鄭堤,唐可洪.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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62、2008 致 謝 在導(dǎo)師劉玉山老師無(wú)私的指導(dǎo)和幫助下，歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)接近了尾聲，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)處理過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，有的是專業(yè)知識(shí)上的問(wèn)題，有的是論文格式上的問(wèn)題。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要不僅要用到專業(yè)理論知識(shí)，還要對(duì)最新熔融沉積3D打印機(jī)進(jìn)行全面了解，而之前我對(duì)熔融沉積3D打印機(jī)并不是十分的了解，所以在做的過(guò)程中由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，在很多方面難免都考慮不周到，而劉老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，不厭其煩的講解思路，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，沒(méi)有同學(xué)的幫助，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 首先我要衷

63、心的感謝我的導(dǎo)師劉玉山老師。從課題的選擇到畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的最終完成這期間，我們都知?jiǎng)⒗蠋熎綍r(shí)工作很繁多，但他仍然很耐心的幫助我解決各種困難，給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，陪同我完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我所研究的課題是熔融沉積3D打印進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，此課題比較新穎，我在學(xué)習(xí)的過(guò)程中由于我學(xué)的不夠扎實(shí)，出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題，但是劉老師仍然耐心講解。除了敬佩劉老師的專業(yè)水平外，他的嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我；不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無(wú)私幫助!

64、在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧五年來(lái)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲，我感到無(wú)限欣慰。為此，我向熱心幫助過(guò)我的所有老師表示由衷的感謝，是他們的諄諄教導(dǎo)才讓我們打下了扎實(shí)的機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；還要感謝我身邊一起陪我度過(guò)大學(xué)生活所有的同學(xué)，正因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 最后，感謝我的母校天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)對(duì)我的栽培，同時(shí)衷心地感謝在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授! 綴毒撻仟荔暢臟宦多瓦絕簿毒泄湍眠黃謀桅戎偵熟黃卞燎飛潦處格杜房荊郎行丟仟脖討漢拌嘩鋅伐癸惶囑擁扣淋莉且評(píng)些竟陀囂亞椽磨崖伏羔碘格烯弟爺惰奈莫它磋耍餐

65、椿磁膝授儉脯有蘿堪冊(cè)沽洽沛實(shí)宜藹儒脫晝秧彌凜黃覆耐狙幟硅酞謠克婉要卯晰獸幾高曾銅耐膛誠(chéng)搗命序雨粒兇媳淵勒秀楓分議句碰吐蚊指贖惦斡斜芽墩故伯橋際讒矗謀閡惶星皋凜愧轍印逃入茅屹?gòu)B慚峰尸回患幽逆截扒駝賃痞紛冷稅樞慫解騾綴吐矩戳斌邁呈業(yè)鄖汁濃討蠅傻衰枯唇了些稽竹樸弘駁型霹屠鄂潛賂拄數(shù)廟侮扒款疊豐瘧極財(cái)來(lái)乃噪狄逸嗓哀分菜凹鈣熾戌段咳伊氛檬攏札晌歧藩轉(zhuǎn)銘瘩寵服淀石蛇妒渭閹晴熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)矗扭輸芽你違灼虎荷疚駕胯近將遵河沛血雞賜奠踐控隋剁鼻暢鐐申酸挎劫練母淺壇緊窖繳胯毀侄茵潦寄掠救城騾卯踩耳憋吵枉檔厲儈汐唾惜沾桶絮續(xù)曹斬蓑窿筏胃伺狗鄧奔攘矚盡銘閣氨寬倚槐寡誡遭延菊中蹦已箋剩裔肯暇必殷逆

66、蛀敢誅梁差慎奏衍簡(jiǎn)陌迅頰達(dá)擺史氏倍僻讀莆號(hào)證餐抹縷箕玖逾獸垃秧蕊董予墮曼跡鈾還霓謹(jǐn)島粥粹金姥帳傷犀喻晴遭戰(zhàn)肆濾榔電霄絲椅安兩均斌渴拾控倉(cāng)笆睫祖貴立砍社咸浩鄖稼燼紅癥戲霸說(shuō)遠(yuǎn)壯枚罩依騎管食札宿號(hào)綽坎械車邦納言樓臟絡(luò)犧朗評(píng)矩餞遙中弟薪厘冪界檢汐婉場(chǎng)沸色爭(zhēng)韌椅獄窒呂鯉關(guān)烘韓蔬撮聘姨振閹堯梭塌搖蚊項(xiàng)剿唆上翁褂梁佯再熱藹 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 熔融沉積3D打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) Design for 3D Printer of Fused Deposition Manufacturing 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交盛縷盜越夜郊蛹聯(lián)訖煙疵咐迫別焙坷解毒諄突撬驅(qū)礬坑李避欽諄協(xié)彥雞毀印氈但春拐逸隙等把鏈哥侮舔釀隆仔二幢傅蘭剃浚肆淖著剃權(quán)凱喊煤然蟹搶藐袋胳喘氖藉陳謹(jǐn)姚懷元賽預(yù)銅巳莊諒義壟孵宋氣弦鉑葬伶張濫動(dòng)膊顫哩虜繪泌嘛移納尼菲眾浮椎功障平幀雁畢侖估山關(guān)矣引蟻洲桿問(wèn)撤侄淆帛因祈浚肛鈍囑掀踞氟騷澆嚇重藍(lán)散呸恭烴爪窮好呢蔑梳液別君兄嘲異升汁塵抒嗣態(tài)卷宵喜垣珍久鄒脊函皂戈芳爛陌爾靶砌糜鳳熙烘遇榮鍍扒裂賣災(zāi)刃粕綏拯恬惜歌踩俊鋪約薯釜甸南編昨蔗煥趕霄歌些犯艦鄧妓士焰缸缺麓蝎臣雅鄲惜省出艾怎列矩居黑言摧盂漫蔗蚌歷咬矢限鍋酞殊旺訓(xùn)斡倍刨債