3d打印技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 3D打印的原理及其歷史發(fā)展1</p>

2、<p>　　1.2 3D打印的發(fā)展前景3</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)軟件的選擇5</p><p>　　2.1 Solidworks軟件介紹5</p><p>　　2.2 Solidworks與其他三維制圖軟件的對(duì)比7</p><p>　　第三章 3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>

3、;　　3.1 3D打印機(jī)的參數(shù)9</p><p>　　3.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3 電機(jī)和聯(lián)軸器的選擇13</p><p>　　第四章 3D打印機(jī)主要部件受力分析22</p><p>　　4.1 X方向運(yùn)動(dòng)光桿的受力分析22</p><p>　　4.2 絲杠的受力計(jì)算24&

4、lt;/p><p>　　4.3 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算24</p><p>　　4.4 絲杠和螺母自鎖校核計(jì)算25</p><p>　　第五章 Solidworks設(shè)計(jì)3D打印機(jī)26</p><p>　　5.1 草圖設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.2 零件建模特征31</p><p>

5、;<b>　　總 結(jié)45</b></p><p><b>　　致 謝46</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　3D打印是最近兩年開(kāi)始流行的一種快速成形技術(shù)。

6、它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體。 我們?nèi)粘Ｉ钪械拇蛴C(jī)能打印一些平面紙張材料。而3D打印機(jī)打印出的是立體產(chǎn)品。本文章對(duì)3D打印的技術(shù)體系和國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢(shì)作了綜合介紹，綜述3D打印技術(shù)的基本概念、發(fā)展簡(jiǎn)史、打印過(guò)程原理、應(yīng)用領(lǐng)域、廣泛影響以及面臨的問(wèn)題等。在介紹3D技術(shù)的發(fā)展歷程、3D打印技術(shù)的工作原理流程及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了3D打印技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)和存在的問(wèn)題，展望了3D打印技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。<

7、;/p><p>　　根據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)、參數(shù)在滿足標(biāo)準(zhǔn)化型材的前提下對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)某些重要的零部件詳細(xì)分析它的參數(shù)和原理作用。3D打印機(jī)在工作過(guò)程中因受應(yīng)力的影響可能會(huì)發(fā)生變形，所以接下來(lái)應(yīng)用材料力學(xué)的知識(shí)對(duì)X方向運(yùn)動(dòng)的光桿進(jìn)行受力分析校核，以確保三維打印機(jī)能打印出精度比較高的產(chǎn)品。</p><p>　　3D打印機(jī)工作的時(shí)候是三個(gè)方向一起運(yùn)動(dòng)，而打印機(jī)要精準(zhǔn)穩(wěn)定地做X、Y、Z方向

8、的運(yùn)動(dòng)，必須要有精確平穩(wěn)的軌道承載，能否在這三個(gè)方向上自由地運(yùn)動(dòng)是我對(duì)打印機(jī)研究的非常重要的部分，而3D打印機(jī)要求的是在最小的尺寸空間里實(shí)現(xiàn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)范圍的最大化。設(shè)計(jì)中主要使用了Solidworks三維制圖軟件，受力方面結(jié)合材料力學(xué)力的知識(shí)對(duì)3D打印機(jī)的主要部件進(jìn)行了受力分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力分析；Solidworks</p><p>&l

9、t;b>　　Abstract</b></p><p>　　3D printing is the beginning of the last two years a popular rapid prototyping technology. It is based on a digital model file, by the way printed layer by layer construc

10、t objects. Our daily lives printer can print some paper material plane. The 3D printer to print out the three-dimensional product. This article is for 3D printing technology system and domestic and foreign industry devel

11、opment status, development trend made a comprehensive presentation, review the basic concepts of 3D printing t</p><p>　　According to relevant indicators, parameters in meeting the standardization of 3D print

12、er profiles premise overall structural design, some important parts of a detailed analysis of its parameters and principles of action. 3D printer due to the impact of stress may be deformed in the course of their work, s

13、o the next application of knowledge of the mechanical movement of the light pole X direction stress analysis check to make sure that the 3D printer can print out high precision products.</p><p>　　When the 3D

14、 printer to work together is a motion in three directions, and the printer you want to do accurate and stable movement X, Y, Z direction, there must be a stable orbit precise bearing, can freely move in three directions

15、my printer is a very important part of the research, and 3D printers achieve the required range of motion in three directions of movement in the smallest size to maximize space. The main use of Solidworks design three-di

16、mensional mapping software, by combining the mech</p><p>　　Keywords：3D printing; design; stress analysis; Solidworks</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 3D打印的原理及其歷史發(fā)展&

17、lt;/p><p>　　1.1.1 3D打印的原理</p><p>　　3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。</p><p>　　3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印

18、而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車(chē)，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。</p><p>　　3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的

19、藍(lán)圖變成實(shí)物。這打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。</p><p>　　設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過(guò)掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。</p><p>　　打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將

20、這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。</p><p>　　打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米

21、薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用3D打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。</p><p>　　傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而3D打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成

22、本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的3D打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開(kāi)發(fā)小組制造模型的需要。</p><p>　　3D打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法：先用當(dāng)前的3D打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。</p><p>　　有些技術(shù)可以同時(shí)使

23、用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過(guò)程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。</p><p>　　1.1.2 3D打印的歷史發(fā)展</p><p>　　1986年，Charles Hull開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)。</p><p>　　1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專(zhuān)利。</p&

24、gt;<p>　　1995年，美國(guó)ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權(quán)并開(kāi)始開(kāi)發(fā)3D打印機(jī)。</p><p>　　2005年，市場(chǎng)上首個(gè)高清晰彩色3D打印機(jī)Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。</p><p>　　2010年11月，世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車(chē)Urbee問(wèn)世。</p><p>　　2011年6月6日，發(fā)布了

25、全球第一款3D打印的比基尼。</p><p>　　2011年7月，英國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)出世界上第一臺(tái)3D巧克力打印機(jī)。</p><p>　　2011年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開(kāi)發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機(jī)。</p><p>　　2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。</p><p>　　2013年10

26、月，全球首次成功拍賣(mài)一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品。</p><p>　　2013年11月，美國(guó)德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設(shè)計(jì)制造出3D打印金屬手槍。</p><p>　　3D打印技術(shù)目前是一種高新技術(shù)，3D打印技術(shù)作為一種高科技技術(shù)，目前應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如制造業(yè)，航空領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域，化學(xué)技術(shù)，還有材料學(xué)科等方面。3D打印技術(shù)的推廣使得

27、更多制造業(yè)有了相應(yīng)的變革，打印技術(shù)可以使制造效率不斷挺高，方便快捷。而廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域有醫(yī)療領(lǐng)域，建筑領(lǐng)域，和機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。有些精密的制造業(yè)也可以通過(guò)3D打印技術(shù)完成。在醫(yī)療領(lǐng)域上，3D打印機(jī)可以用人培養(yǎng)的細(xì)胞作為打印原材料打印器官，這就給病人提供了對(duì)自己不排斥的器官。前段時(shí)間有個(gè)小孩因?yàn)樘焐鷽](méi)有鼻子，于是醫(yī)院就通過(guò)3D打印機(jī)打印出了一個(gè)與他個(gè)人相匹配的鼻子，并且成功應(yīng)用上去。這些成功的例子無(wú)疑在說(shuō)明3D打印技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越接近我們的生

28、活，改變我們的生活。建筑領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以快速的打印出一棟很建筑模型，可以省略很多傳統(tǒng)的東西，某些工藝水平也是，傳統(tǒng)工藝所不能企及的。[1]</p><p>　　3D打印技術(shù)已經(jīng)有了十多年的發(fā)展，目前分辨率可以達(dá)到6000pi，厚度精確到0.001毫米，這樣的技術(shù)幾乎可以打印出你肉眼能看得出來(lái)的東西，可見(jiàn)這精度已經(jīng)非常高了。當(dāng)然我們可以應(yīng)用3D打印技術(shù)高精確性，打印出更多純制造業(yè)很難完成的任務(wù)。[3]<

29、/p><p>　　目前國(guó)內(nèi)很多家公司相繼完成了他們的3D打印機(jī)的生產(chǎn)和銷(xiāo)售，雖然他們的公司大小不能與國(guó)外大型公司相媲美，而且所做的產(chǎn)品的整體質(zhì)量也沒(méi)有國(guó)外的那么好，但在中國(guó)的市場(chǎng)還是非常不錯(cuò)的。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的3D打印機(jī)在材料，模型結(jié)構(gòu)，打印精準(zhǔn)度方面還不能很好的滿足消費(fèi)者的需求。而在第三產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)某些發(fā)達(dá)城市有很多企業(yè)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的3D打印設(shè)備，在此基礎(chǔ)上不斷學(xué)習(xí)借鑒，并且有了技術(shù)上的提高?？傊畤?guó)內(nèi)的3D打印技術(shù)還

30、不夠成熟，還需進(jìn)一步的發(fā)展技術(shù)。 [3]</p><p>　　目前在西方國(guó)家，3D打印技術(shù)已經(jīng)大范圍的應(yīng)用到了商業(yè)。比如在某些汽車(chē)制造業(yè)和電子制造廠商。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以體現(xiàn)在高效率的基礎(chǔ)上打印出廉價(jià)的部件。紐約有一家公司手機(jī)了很多客戶所實(shí)際需要的模型，或者產(chǎn)品，收集之后用3D打印技術(shù)把收集來(lái)的方案打印成他們所需的實(shí)物，并且獲得了較好的成果。[5]</p><p>　　目前，在全球3D

31、打印機(jī)行業(yè)，美國(guó)3D Systems和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場(chǎng)份額。此外，在此領(lǐng)域具有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力和特色的企業(yè)、研發(fā)團(tuán)隊(duì)還有美國(guó)的Fab@Home和Shapeways、英國(guó)的Reprap等。</p><p>　　3D Systems公司是全世界最大的快速成型設(shè)備開(kāi)發(fā)公司。于2011年11月收購(gòu)了3D打印技術(shù)的最早發(fā)明者和最初專(zhuān)利擁有者Z Corporation公司之后，3D Sys

32、tems奠定了在3D打印領(lǐng)域的龍頭地位。Stratasys公司2010年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公司簽訂了OEM合作協(xié)議，生產(chǎn)HP品牌的3D打印機(jī)。繼2011年5月收購(gòu)Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月與以色列著名3D打印系統(tǒng)提供商O(píng)bjet宣布合并。當(dāng)前，國(guó)際3D打印機(jī)制造業(yè)正處于迅速的兼并與整合過(guò)程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。</p><p>　　目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，3D打印技術(shù)已

33、經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車(chē)制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個(gè)性化消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司Quirky通過(guò)在線征集用戶的設(shè)計(jì)方案，以3D打印技術(shù)制成實(shí)物產(chǎn)品并通過(guò)電子市場(chǎng)銷(xiāo)售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到100萬(wàn)美元。</p><p>　　1.2 3D打印的發(fā)展前

34、景</p><p>　　從歷史發(fā)展中，我們可以發(fā)現(xiàn)，3D打印機(jī)要想成功的占領(lǐng)市場(chǎng)還需要面臨很多挑戰(zhàn)和困難。其中打印機(jī)的生產(chǎn)價(jià)格，打印的材料，打印精準(zhǔn)性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面還有很多需要研究的地方，所以3D打印機(jī)的問(wèn)世，既是一種機(jī)遇也是一種挑戰(zhàn)。</p><p>　　第一，生產(chǎn)成本方面。3D打印機(jī)的生產(chǎn)成本比較高，從剛開(kāi)始設(shè)計(jì)一臺(tái)3D打印機(jī)到買(mǎi)材料，組裝，測(cè)試校核等程序使得打印機(jī)的成本大大提高，為

35、了普及3D打印機(jī)很多商家生產(chǎn)出比較廉價(jià)的打印機(jī)，并且邀請(qǐng)那些對(duì)此比較有興趣的人共同開(kāi)發(fā)，降低生產(chǎn)成本。第二，材料方面。目前3D打印機(jī)的成型材料多為化學(xué)聚合物，打印出來(lái)的物體也大多是激光燒結(jié)后的化學(xué)聚合物。然而作為3D打印機(jī)材料的多樣性直接決定了生產(chǎn)多樣性，可以見(jiàn)其的作用在整個(gè)打印機(jī)中占的比例很大?？傊氤晒Φ钠占?D打印機(jī)在材料上下功夫是不容忽視的。第三，打印精度方面。當(dāng)前3D打印機(jī)的整體體積相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很大，這就限制了打印物體的體積

36、大小。很多人認(rèn)為3D打印機(jī)想打印什么就打印什么，其實(shí)還有很多因素要考慮，比如說(shuō)打印的體積大小，和精度。3D打印技術(shù)的精度相對(duì)于現(xiàn)在的高精度制造業(yè)來(lái)說(shuō)，還是有很大差距的。第四，研究開(kāi)發(fā)方面。3D打印機(jī)的發(fā)展越來(lái)越進(jìn)步的同時(shí)，外界對(duì)其的要求也會(huì)越來(lái)越高。不僅僅是滿足目前打印幾個(gè)簡(jiǎn)單的3D模型，更重要的是應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中，比如說(shuō)醫(yī)院要打印出病人的某些器官，這些要求的技術(shù)室非常高的。研究人員需要花很大的時(shí)間去學(xué)習(xí)這些領(lǐng)域，也要</p

37、><p>　　根據(jù)國(guó)際快速制造行業(yè)權(quán)威報(bào)告《Wohlers Report 2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長(zhǎng)速度。報(bào)告預(yù)期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來(lái)仍將持續(xù)較快地增長(zhǎng)，到2016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到31億美元，2020年將達(dá)到52億美元。[1]</p><p>　　但3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間，目前仍面

38、臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機(jī)造價(jià)仍普遍較為昂貴，給其進(jìn)一步普及應(yīng)用帶來(lái)了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制

39、和擴(kuò)散，制造業(yè)面對(duì)的盜版風(fēng)險(xiǎn)大增，現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的需求。</p><p>　　Gartner公司2011年發(fā)布的最新技術(shù)發(fā)展展望報(bào)告判斷：3D打印技術(shù)目前正在進(jìn)入概念炒作的高峰階段，其技術(shù)還有待充分成熟，主流市場(chǎng)也有待進(jìn)一步培育。Gartner公司研究人員認(rèn)為，3D打印技術(shù)成熟到適應(yīng)市場(chǎng)需求還將需要5～10年的時(shí)間。在這一較為漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，產(chǎn)業(yè)可能會(huì)面臨增長(zhǎng)期望落空、技術(shù)遭遇瓶頸以及

40、投資撤離等風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　總之，從中長(zhǎng)期看來(lái)3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，對(duì)于3D打印市場(chǎng)規(guī)模的短期發(fā)展不宜過(guò)分高估。因此，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對(duì)3D打印領(lǐng)域的投入應(yīng)以加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進(jìn)和儲(chǔ)備為主，尤其要重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建設(shè)和維護(hù)，爭(zhēng)取在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。如受到概念炒作影響，在技術(shù)尚未充分完善的現(xiàn)階段大規(guī)模投入產(chǎn)能擴(kuò)張，則投資回報(bào)將面臨著較大的風(fēng)險(xiǎn)。

41、</p><p>　　隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。</p><p>　　提升3D打印的速度、效率和精度，開(kāi)拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造

42、；開(kāi)發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車(chē)輛、服裝等更多行

43、業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)軟件的選擇</p><p>　　本次3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)主要選擇了Solidworks三維制圖軟件進(jìn)行繪圖制作，下面就簡(jiǎn)單介紹一下Solidworks這款軟件和選擇這款制圖軟件的好處。</p><p>　　2.1 Solidworks軟件介紹</p><p>　　SolidWorks軟件是

44、世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)評(píng)比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)，其中僅從1999年起，美國(guó)權(quán)威的CAD專(zhuān)業(yè)雜志CADEN

45、CE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場(chǎng)。</p><p>　　由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在1997年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)美元的高

46、額市值將SolidWorks全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的SolidWorks以原來(lái)的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為CAD行業(yè)中高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)化公司，SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的CAD產(chǎn)品。</p><p>　　由于使用了Windows OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasol

47、id內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬(wàn)，涉及航空航天、機(jī)車(chē)、食品、機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂(lè)工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等分布于全球100多個(gè)國(guó)家的約3萬(wàn)1千家企業(yè)。在教育市場(chǎng)上，每年來(lái)自全球4，300所教育機(jī)構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過(guò)SolidWorks的培訓(xùn)課程。<

48、/p><p>　　據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD系統(tǒng)相比，與SolidWorks相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說(shuō)明了越來(lái)越多的工程師使用SolidWorks，越來(lái)越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用戶每年使用SolidWorks的時(shí)間已達(dá)5500萬(wàn)小時(shí)。</p><p>　　在美國(guó)，包括麻省理工學(xué)院（MIT）、斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已

49、經(jīng)把SolidWorks列為制造專(zhuān)業(yè)的必修課，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)（教育機(jī)構(gòu)）如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、中山大學(xué)、中南大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等也在應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行教學(xué)。</p><p>　　Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的

50、三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。</p><p>　　對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上可以用SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是

51、同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。</p><p>　　在目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便而方便的軟件之一。美國(guó)著名咨詢公司Daratech所評(píng)論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的

52、品牌，是市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者”。</p><p>　　在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。</p><p>　　SolidWorks 提供了一整套完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動(dòng)控制?！叭珓?dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟，減少了多余的對(duì)話

53、框，從而避免了界面的零亂。嶄新的屬性管理員用來(lái)高效地管理整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟。屬性管理員包含所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個(gè)同Windows資源器類(lèi)似的CAD文件管理器。特征模板為標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)特征，提供了良好的環(huán)境。用戶可以直接從特征模板上調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的零件和特征，并與同事共享。SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得

54、AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習(xí)慣，順利地從二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計(jì)。</p><p>　　配置管理是SolidWorks軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨(dú)特的一部分，它涉及到零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖。配置管理使得你能夠在一個(gè)CAD文檔中，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體。</p><p>　　SolidWorks 提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，使得你通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同工作。通過(guò)eD

55、rawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一種極度壓縮的、可通過(guò)電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件。通過(guò)三維托管網(wǎng)站展示生動(dòng)的實(shí)體模型。三維托管網(wǎng)站是SolidWorks提供的一種服務(wù)，你可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，快速地查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。SolidWorks 支持Web目錄，使得你將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件夾中，就像存本地硬盤(pán)一樣方便。用3D Meeting通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地協(xié)同工作。3D Meeting是基于微軟

56、60;NetMeeting的技術(shù)而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)為SolidWorks設(shè)計(jì)人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。</p><p>　　在SolidWorks 中，當(dāng)生成新零件時(shí)，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計(jì)和修改零部件。對(duì)于超過(guò)一萬(wàn)個(gè)零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。SolidWorks 可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng)，并且可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢

57、查和間隙檢測(cè)。用智能零件技術(shù)自動(dòng)完成重復(fù)設(shè)計(jì)。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來(lái)完成諸如將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中，而同時(shí)按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。鏡像部件是SolidWorks 技術(shù)的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來(lái)加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術(shù)能夠自動(dòng)地捕捉并定義裝配關(guān)系。</p>

58、<p>　　SolidWorks 提供了生成完整的、車(chē)間認(rèn)可的詳細(xì)工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)你修改圖紙時(shí)，三維模型、各個(gè)視圖、裝配體都會(huì)自動(dòng)更新。從三維模型中自動(dòng)產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標(biāo)注。增強(qiáng)了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。使用RapidDraft技術(shù)，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進(jìn)行單獨(dú)操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝

59、配體的全相關(guān)。用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運(yùn)動(dòng)的順序。交替位置顯示視圖是專(zhuān)門(mén)為具有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的裝配體而設(shè)計(jì)的獨(dú)特的工程圖功能。[14]</p><p>　　2.2 Solidworks與其他三維制圖軟件的對(duì)比</p><p>　　目前選擇 SolidWorks的最大優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單容易上手，功能比較全面，但是也不需要和專(zhuān)業(yè)的軟件比較的，因?yàn)樗?jiǎn)單易學(xué)，功能上能滿

60、足設(shè)計(jì)的需求即可。與其它主流的三維制圖軟件相比，SolidWorks如果做機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)等 是具有很大的優(yōu)勢(shì)的。但他的各種高級(jí)造型功能相對(duì)說(shuō)來(lái)較弱（主要是復(fù)雜曲面幾乎都用CATIA，或者UG解決的 還有行業(yè)因素），但是完全能夠滿足如：機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)等。由于行業(yè)原因，如果做模具，或者對(duì)數(shù)控加工要求較高的用UG PROE。汽車(chē)行業(yè)幾乎都用CATIA。做非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的您可以考慮SolidWorks。（

61、除了機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)等。SolidWorks的工程圖相比其它三維尤其出色）SolidWorks的發(fā)展很迅速，在行業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)份額迅速增加，功能逐步完善，性價(jià)比十分高，潛力無(wú)限，估計(jì)會(huì)成為三維設(shè)計(jì)軟件的領(lǐng)頭羊。</p><p>　　SolidWorks與其他三維繪圖軟件比較：</p><p>　　1.SolidWorks與Pro/E使用對(duì)比</p><p&g

62、t;　　Pro/E的性價(jià)比低，而SolidWorks的性價(jià)比高。當(dāng) Pro/ E提升到與SolidWorks差不多的功能時(shí)其價(jià)格是SolidWorks的四倍之多：Pro/E的易用性低，而SolidWorks的易用性高 ，易學(xué)易用是大家選擇CAD軟件的重要指標(biāo)之一。SolidWorks 是基于Windows操作平臺(tái)是易于操作的CAD軟件，windows中的很多功能也可以在這里實(shí)現(xiàn)，比如：“復(fù)制”、“粘貼”。但

63、是Pro/E的建構(gòu)于UNIX系統(tǒng)，必須學(xué)習(xí)二種不同的操作接口：一個(gè)是舊有的下拉式選單，一個(gè)是視窗的操作方式?jīng)]，用起來(lái)比較麻煩；就地位而言，SolidWorks目前是口碑不錯(cuò)的3 D制圖軟件，Pro/E是應(yīng)用的范圍和功能相異。但是其中的諸多功能還是有相同之處，若說(shuō)今后的發(fā)展趨勢(shì)，那當(dāng)屬SolidWorks了。</p><p>　　很多人都知道Pro/E的架構(gòu)是屬于“純”參數(shù)的設(shè)計(jì)方式，因此在用Pro/E時(shí)，在繪制零

64、件中最重要的工作變成注意草圖是否已經(jīng)“完全定義”；而這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程將容易讓整個(gè)設(shè)計(jì)意念因而分心導(dǎo)致影響你的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造力。也常因此你的設(shè)計(jì)意念不得不妥協(xié)于這樣的限制之下。所以這個(gè)應(yīng)該是SolidWorks最為核心的優(yōu)勢(shì)，讓大家不局限在軟件的使用上，而是專(zhuān)注于設(shè)計(jì)本身。</p><p>　　Pro/E可自動(dòng)地通過(guò)簡(jiǎn)單地選擇模具開(kāi)模方向創(chuàng)建分型線，設(shè)計(jì)分型面，包括剛性關(guān)閉曲面通過(guò)開(kāi)模和干涉檢查，檢查模具鎖死條件計(jì)算填充

65、量，使用分型面將模具分開(kāi)，并創(chuàng)建實(shí)體模型的模具元件，例如型芯、型腔和滑塊。SolidWorks在模具設(shè)計(jì)上遜色于 Pro/E。</p><p>　　2.SolidWorks與UG使用對(duì)比 很多人認(rèn)為UG屬于高端產(chǎn)品，其實(shí)現(xiàn)在大家對(duì)高低、端的區(qū)分存在很多的分歧，記得之前有朋友這樣說(shuō)過(guò)，感覺(jué)cad軟件就像一個(gè)師傅的幾個(gè)徒弟一樣，學(xué)的武藝，差別都不是很大，只是打出的招數(shù)不同而已。在3D建模方面，大同小

66、異，如果隨便看看，感覺(jué)差異很小的，但是如果插入心窩，感覺(jué)還是有點(diǎn)差異。我也很是認(rèn)同他的觀點(diǎn)，現(xiàn)在來(lái)說(shuō)一下我的想法。 SolidWorks最大的優(yōu)勢(shì)在于易學(xué)易用，很適合新手使用，再說(shuō)SolidWorks公司是專(zhuān)業(yè)的軟件公司，所以新手用這款軟件還是很好的選擇；在大型裝配、智能設(shè)計(jì)、以及CAE分析方面，solidworks的優(yōu)勢(shì)還是比較明顯的，在這些方面有要求的朋友可以用SolidWorks；在設(shè)計(jì)驗(yàn)證上，做的也是很好，我個(gè)人非常喜歡

67、這個(gè)軟件。 UG在加工能力，曲面能力，數(shù)據(jù)庫(kù)管理能力等，都是很強(qiáng)的。經(jīng)常設(shè)計(jì)曲面的朋友可以傾向于UG；UG是快成模具行來(lái)的代名詞，越來(lái)越多的模具廠在使用UG做為設(shè)計(jì)軟件，對(duì)于選擇其他軟件作為其模具設(shè)計(jì)不多；UG可以實(shí)現(xiàn)G2連續(xù)，可以做到A面的要求也不是問(wèn)題。其實(shí)，我覺(jué)得最好要掌握兩種以上的軟件</p><p>　　第三章 3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 3D打

68、印機(jī)的參數(shù)</p><p>　　打印機(jī)的運(yùn)行尺寸：260×260×100mm</p><p>　　打印的最大范圍：260×260×100mm</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)型材的尺寸：25×25mm</p><p>　　電機(jī)的轉(zhuǎn)速：3600r/min</p><p>　　3.

69、2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 工作原理</p><p>　　3D打印機(jī)在工作的時(shí)候是中間兩根標(biāo)準(zhǔn)型材是立起的，立起的時(shí)候能提供打印機(jī)在X,Z方向的運(yùn)動(dòng)空間。打印機(jī)總共有4個(gè)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)用在Z軸方向，一個(gè)用在X軸方向，一個(gè)用在Y軸方向，剩下一個(gè)是傳送材料到噴頭用的。在打印機(jī)上邊裝有一個(gè)電機(jī)連接絲桿，帶動(dòng)噴頭所在的光桿做Z方向運(yùn)動(dòng)。X方向的打印是通過(guò)噴頭左右運(yùn)動(dòng)完成的

70、，電機(jī)帶連接在噴頭的齒形帶，使噴頭運(yùn)動(dòng)。而Y軸方向是底座的電機(jī)帶動(dòng)底板來(lái)回運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.2.2 3D打印機(jī)的組成</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)型材：25×25mm，100mm×2，260mm×4，240mm×5</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)：四個(gè)</b></p>&l

71、t;p><b>　　絲桿：三根</b></p><p><b>　　聯(lián)軸器：三個(gè)</b></p><p><b>　　齒形帶：兩條</b></p><p><b>　　光桿：六根</b></p><p><b>　　六角螺栓+螺母</

72、b></p><p>　　非標(biāo)準(zhǔn)件包括底座，底座梁支架，底座支架，噴頭結(jié)構(gòu)，提手，型材之間的連接件等。</p><p>　　3.2.3 框架結(jié)構(gòu)</p><p>　　打印機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由大小25x25mm的標(biāo)準(zhǔn)型材構(gòu)成，底座由八根型材組成，這樣的底座穩(wěn)固性非常強(qiáng)，能保證打印機(jī)在工作的時(shí)候不會(huì)發(fā)生搖動(dòng)以至于打印精度下降。打印機(jī)的Z軸傳動(dòng)通過(guò)立在中間的絲桿完成，

73、頂上的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)絲桿完成噴頭上下運(yùn)動(dòng)。噴頭與光桿銜接左右運(yùn)動(dòng)。底座支架與底座的光桿銜接通過(guò)帶動(dòng)底板做前后運(yùn)動(dòng)。為了是打印機(jī)工作平穩(wěn)，底座上下兩根型材分別與立桿用連接部件固定，其中上面的型材與部件固定，拆卸時(shí)需擰下螺釘，而下面的型材則與部件通過(guò)六角螺栓活動(dòng)鏈接。這樣就可以實(shí)現(xiàn)打印機(jī)在不使用的情況下把立桿放下，便于攜帶。部件的統(tǒng)一厚度為5mm。</p><p>　　3.2.4 底座支架結(jié)構(gòu)</p

74、><p>　　該結(jié)構(gòu)的視圖如下，它的主要作用是連接支撐底板，并帶動(dòng)底板做前后運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖3.1 底座支架結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　底座支架在打印機(jī)中起關(guān)鍵作用，它的運(yùn)動(dòng)決定了底板的運(yùn)動(dòng)。上圖中支架的導(dǎo)槽與底座的光桿導(dǎo)套連接，支架中間在于齒形帶固定。電機(jī)工作通過(guò)帶動(dòng)支架在光桿上來(lái)回運(yùn)動(dòng)。然而底板與支架通過(guò)桿固定連接，實(shí)現(xiàn)了底座支架帶動(dòng)底板的來(lái)回運(yùn)動(dòng)。&

75、lt;/p><p>　　底座梁支架的作用就是支撐整個(gè)底板和固定光桿、電機(jī)?？紤]到受力，底座梁支架鎖在型材上，左右各有一個(gè)支架固定兩根光桿。一邊的支架中間有固定電機(jī)的地方，而且那塊板相對(duì)來(lái)說(shuō)比較厚，因?yàn)橐惺鼙容^大的力，包括電機(jī)自重，和齒形帶的拉力。</p><p>　　圖3.2 底座支架三維下視圖</p><p>　　3.2.5 X軸方向運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p>

76、<p>　　X軸方向的運(yùn)動(dòng)主要靠聯(lián)軸器帶動(dòng)齒輪連桿運(yùn)動(dòng)完成，噴頭固定在上下兩根光桿上，增加了運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。噴頭的運(yùn)動(dòng)方向是光桿的軸向，為了使噴頭運(yùn)動(dòng)時(shí)不受摩擦力影響，還需在噴頭上套上光桿軸套，保證噴頭能平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。齒形帶傳動(dòng)通過(guò)左邊的電機(jī)帶動(dòng)同步聯(lián)軸器完成。這部分主要介紹X方向噴頭結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3.3 X軸方向運(yùn)動(dòng)三維圖</p><p>　　3.2

77、.6 Z軸方向運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.4 Z軸方向運(yùn)動(dòng)三維圖</p><p>　　3.3 電機(jī)和聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　電機(jī)和聯(lián)軸器的種類(lèi)繁多，根據(jù)3D打印的的不同參數(shù)要求，選擇合理的電機(jī)和聯(lián)軸器是非常重要的，這樣才能保證3D打印機(jī)的正常運(yùn)行。</p><p>　　3.3.1 電機(jī)的選擇</p>

78、<p><b>　　一、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</b></p><p>　　PMSM定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理與感應(yīng)電機(jī)是相同的。其不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為永磁體且n與ns相同（同步）。兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可看作一對(duì)旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。(同性相斥，異性相吸) </p><p>　　其中θ為失調(diào)角，也稱功率角；K與定子端電壓

79、和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)（磁密)的乘積成正比。Fy和Fs分別是轉(zhuǎn)子、定子的磁勢(shì)或磁密；p為極對(duì)數(shù)。 </p><p>　　當(dāng)θ為90度角時(shí)，對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩，稱最大同步轉(zhuǎn)矩。對(duì)之前我們算得的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Jt=3.0×10-3kg.m2進(jìn)行慣量匹配。</p><p>　　根據(jù)牛頓第二定律：“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J×角加速度角”。加速度α影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，α越小，則由控制

80、器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果α變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。由于電機(jī)選定后最大輸出T值不變，如果希望α的變化小，則J應(yīng)該盡量小。 </p><p>　　傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，

81、機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。 </p><p>　　通常負(fù)載的慣量不要大于電機(jī)慣量的5倍，最大不要超過(guò)10倍。 </p><p>　　對(duì)于功率對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)矩和慣量的關(guān)系正如直線運(yùn)動(dòng)物體的受力和質(zhì)量的關(guān)系。</p><p>　　二、打印速度的初步估計(jì)</p><p>　　每打一個(gè)，計(jì)劃在Y

82、軸方向移動(dòng)10次，使寬度達(dá)到361mm?對(duì)此，計(jì)算噴頭走完1個(gè)幅面的時(shí)間T，計(jì)劃彩印周期T秒，暫時(shí)忽略10次Y方向移動(dòng)時(shí)間，有： </p><p>　　電機(jī)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)絲桿1轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)10個(gè)導(dǎo)程共4mm，360mm需要電機(jī)轉(zhuǎn)90r，最高轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)每秒轉(zhuǎn)50r，對(duì)應(yīng)時(shí)間為1.8s。則10個(gè)來(lái)回大約18秒，x軸方向10次加減速，對(duì)應(yīng)總時(shí)間6s;走完一個(gè)幅面，需要大概24秒，加上其余誤差時(shí)間，30秒就可以完成一個(gè)幅

83、面，T=30s，基本實(shí)現(xiàn)1分鐘打印兩個(gè)幅面的要求[7]。   </p><p>　　求電機(jī)勻加速需要時(shí)間。 </p><p>　　電機(jī)300ms，表示靜止加速到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，角加速度為： </p><p><b>　　(3.1)</b></p><p><b>

84、;　　(3.2)</b></p><p><b>　　(3.3)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Ma——電機(jī)啟動(dòng)加速力矩； </p><p>　　，——電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量（kg·m3）； </p>

85、<p>　　Mf——導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N·m） </p><p>　　μ——摩擦系數(shù)，取0.1； </p><p>　　η——傳遞機(jī)械效率，在此取0.15。 </p><p>　　滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的傳動(dòng)效率取0.95；滾動(dòng)球軸承傳動(dòng)效率為0.99；齒輪的傳動(dòng)效率為0.93；總傳動(dòng)效率為：????? (3

86、.4)</p><p>　　導(dǎo)軌磨擦折算至電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　需要的輸出力矩為: </p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　出力力矩T=3.18，小于最大出力力矩=3.81 ，滿足要求。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能

87、比較 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 1.控制精度

88、不同 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國(guó)百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36

89、°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)

90、器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常

91、工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。</p><p>　　綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素下，我選用了步進(jìn)電機(jī)。桌面級(jí)別的3D打印機(jī)，一般用42步進(jìn)電機(jī)就夠了，電流可以1.5A都沒(méi)什么問(wèn)題，一般電流用1A就夠用的了，具體的電機(jī)型號(hào)為SST43D2165 1

92、1520G。</p><p>　　查表選擇11520G型步進(jìn)電機(jī)，如圖3.5、圖3.6所示：</p><p>　　圖3.5 步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　圖3.6 步進(jìn)電機(jī)外形尺寸</p><p>　　3.3.2 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)連接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和

93、從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的連接部件。20世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問(wèn)題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器，梅花

94、聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬(wàn)向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。</p><p>　　常用的精密聯(lián)軸器有：彈性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器，波紋管聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器。</p><p><b>　　其各自特點(diǎn)：</b></p><p><b>　　1.彈性聯(lián)軸器</b></p>

95、;<p>　　(1)一體成型的金屬?gòu)椥泽w</p><p>　　(2)零回轉(zhuǎn)間隙、可同步運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p>　　(3)彈性作用補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差</p><p>　　(4)高扭矩剛性和卓越的靈敏度</p><p>　　(5)順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性完全相同</p><p>　　(6)免維護(hù)、抗油和耐腐

96、蝕性</p><p>　　(7)有鋁合金和不銹鋼材料供選擇</p><p>　　(8)固定方式主要有頂絲和夾緊兩種。</p><p><b>　　2.膜片聯(lián)軸器</b></p><p>　　(1)高剛性、高轉(zhuǎn)矩、低慣性</p><p>　　(2)采用環(huán)形或方形彈性不銹剛片變形</p>

97、<p>　　(3)大扭矩承載，高扭矩剛性和卓越的靈敏度</p><p>　　(4)零回轉(zhuǎn)間隙、順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性相同</p><p>　　(5)免維護(hù)、超強(qiáng)抗油和耐腐蝕性</p><p>　　(6)雙不銹鋼膜片可補(bǔ)償徑向、角向、軸向偏差，單膜片則不能補(bǔ)償徑向偏差。</p><p><b>　　3.波紋管聯(lián)軸器<

98、/b></p><p>　　(1)無(wú)齒隙、扭向剛性、連接可靠、耐腐蝕性、耐高溫</p><p>　　(2)免維護(hù)、超強(qiáng)抗油，波紋管形結(jié)構(gòu)補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差，偏差存在的情況下也可保持等速作動(dòng)</p><p>　　(3)順時(shí)針和逆進(jìn)針回轉(zhuǎn)特性完全相同</p><p>　　(4)波紋管材質(zhì)有磷青銅和不銹鋼供選擇</p>&

99、lt;p>　　(5)可適合用于精度和穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)。</p><p><b>　　4.滑塊聯(lián)軸器</b></p><p>　　(1)無(wú)齒隙的連接，用于小扭矩的測(cè)量傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單</p><p>　　(2)使用方便、容易安裝、節(jié)省時(shí)間、尺寸范圍廣、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于目測(cè)檢查</p><p>　　(3)抗油腐蝕，可電

100、氣絕緣，可供不同材料的滑塊彈性體選擇</p><p>　　(4)軸套和中間件之間的滑動(dòng)能容許大徑向和角向偏差，中間件的特殊凸點(diǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生支撐的作用，容許較大的角度偏差，不產(chǎn)生彎曲力矩，侃軸心負(fù)荷降至最低。</p><p><b>　　5.梅花聯(lián)軸器</b></p><p>　　(1)緊湊型、無(wú)齒隙，提供三種不同硬度彈性體</p>&

101、lt;p>　　(2)可吸收振動(dòng)，補(bǔ)償徑向和角向偏差</p><p>　　(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便維修、便于檢查</p><p>　　(4)免維護(hù)、抗油及電氣絕緣、工作溫度20℃-60℃</p><p>　　(5)梅花彈性體有四瓣、六瓣、八瓣和十瓣</p><p>　　(6)固定方式有頂絲，夾緊，鍵槽固定。</p><p&

102、gt;<b>　　6.剛性聯(lián)軸器</b></p><p>　　(1)重量輕，超低慣性和高靈敏度</p><p>　　(2)免維護(hù)，超強(qiáng)抗油和耐腐蝕性</p><p>　　(3)無(wú)法容許偏心，使用時(shí)應(yīng)讓軸盡量外露</p><p>　　(4)主體材質(zhì)可選鋁合金/不銹鋼</p><p>　　(5)固定方

103、式有夾緊、頂絲固定。</p><p>　　聯(lián)軸器其各自主要用途：</p><p>　　彈性聯(lián)軸器：適用于旋轉(zhuǎn)編碼器、步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　膜片聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　波紋管聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)</p><p>　　滑塊聯(lián)軸器：適用于普通微型電機(jī)</p><p&

104、gt;　　梅花聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　剛性聯(lián)軸器：適用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　聯(lián)軸器型號(hào)：</b></p><p>　　聯(lián)軸器的型號(hào)由組別代號(hào)、品種代號(hào)、型式代號(hào)、規(guī)格代號(hào)組成。聯(lián)軸器的組別代號(hào)、品種代號(hào)、型式代號(hào)，取其名稱的第一漢語(yǔ)拼音字母代號(hào)，如有重復(fù)時(shí)，則取第二個(gè)字母，或名稱中第二

105、、三個(gè)字母的第一、第二漢語(yǔ)拼音字母，或選其名稱中具有特點(diǎn)字的第一、第二漢語(yǔ)拼音字母，以在同一組別、品種、型式中相互之間不得重復(fù)為原則。聯(lián)軸器的主參數(shù)為公稱轉(zhuǎn)矩Tn，單位為N·m。公稱轉(zhuǎn)矩系列順序號(hào)，為聯(lián)軸器規(guī)格代號(hào)。</p><p>　　表3—1 聯(lián)軸器型號(hào)分類(lèi)表</p><p>　　綜上所述，選擇彈性聯(lián)軸器LS2-75-0304作為此3D打印機(jī)的傳動(dòng)裝置最為合適。</p

106、><p>　　彈性聯(lián)軸器各技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　LS2：系列號(hào)，材料為鋁合金</p><p>　　75：外徑尺寸：19.1mm，夾緊螺絲固定</p><p>　　03：D1軸徑為：3mm</p><p>　　04：D2軸徑為：4mm</p><p>　　第四章 3D打印機(jī)主要部件受力分析

107、</p><p>　　4.1 X方向運(yùn)動(dòng)光桿的受力分析</p><p>　　因?yàn)閤方向運(yùn)動(dòng)有兩根相同的光桿支撐，他們所受的力的大小方向都是一樣的，所以在做受力分析的時(shí)候先把它作為一根來(lái)算。先取光桿隨意一點(diǎn)C，就是噴頭運(yùn)動(dòng)的位置作受力分析剪切力。同時(shí)求x1,x2位置的剪切力和彎矩。光桿受力的剪力圖和彎矩圖如下?，F(xiàn)在根據(jù)實(shí)際尺寸，算出噴頭在實(shí)際工作中光桿某點(diǎn)的剪力和彎矩。</p>

108、<p>　　圖4.1 光桿的受力圖</p><p><b>　　圖4.2 剪力圖</b></p><p><b>　　圖4.3 彎矩圖</b></p><p><b>　　光桿長(zhǎng)：266mm</b></p><p>　　令a=100mm,b=166mm<

109、;/p><p><b>　　F=3N</b></p><p><b>　　確定約束力：，</b></p><p><b>　　（4.1）</b></p><p>　　取X1=0.08,求出噴頭力作用在X1點(diǎn)處時(shí)剪力和彎矩的大小</p><p><b&g