小型三角洲式3D打印机的机械结构设计.docx

1、摘 要 随着新兴技术的发展，逆向工程技术在近几年得到了高速的发展，其中也包括了3D打印技术。为提高快速成型技术的应用水平，快速高效的处理已成为3D打印技术发展的新课题。在分析3D打印机的发展概况、基本原理的基础上，提出了三角洲式FDM 3D打印机的总体设计方案，并对3D打印机的机械结构进行了设计，主要包括：框架设计、传动装置设计、送料装置、电控元选择等方面，此外对关键零件进行了校核。通过提高喷嘴的精度，提高了射流精度。传动部分采用滑动螺杆与滚动导轨相结合，保证传动精度提高传动效率。使用线性步进电机直连丝杠，使响应更加准确、快速，简化了中间传动环节，使精度更高。关键词：3D打印技术；并联机床；传

2、动机构；步进电机；喷头IAbstract With the development of emerging technologies, reverse engineering technology has been developed rapidly in recent years, including the 3D printing technology .And now 3D printing technology has been widely used in the field of mechanical manufacturing. To improve the applicatio

3、n level of rapid prototyping technology and fast -efficient processing has become a project of 3D printing technology.To analysis the development of the 3D printer, we put forward the overall plan of design of the delta type FDM3D printer based on the ultimate principle, and to design the mechanical

4、 structures of the 3D printer , including frame design, transmission design, feeding device, control element selection. Furthermore the key parts have been checked. Printing precision has been improved by improving the accuracy of nozzle; With form of combining the sliding screw and rolling guide in

5、 the transmission part is not only ensure the transmission accuracy, improved the transmission efficiency, used the linear stepper motor that directly connected with screw but also made the response more accurate and fast. with no intermediate transmission links, the mechanical structure is simplifi

6、ed. and made a higher precision. Key words: 3D printing technology; parallel machine tool; transmission mechanism; stepping motor; nozzle目 录摘 要IAbstractII第一部分 本科毕业设计调研报告51.1 概述51.2 学生、教师简介51.3 调研时间及调研形式61.4 调研企业及其概况61.5 调研内容61.5.1 课题所涉及技术领域的基本情况61.5.2 该项目的设计方法、研发手段、技术特点均与项目或结构有关81.5.3 现阶段存在的技术问题81.5

7、.4 市场需求及产品应用前景分析91.5.5 结论10第二部分 本科毕业设计可行性论证报告112.1 设计课题要达到的设计目的112.2 调研结论112.3 方案设计122.4 设计方案论证132.4.1 技术方面132.4.2 制造方面132.4.3 经济性方面132.4.4 现有的知识储备方面132.4.5 结论14第三部分 毕业设计计算书143.1 打印机框架整体设计143.1.1 打印机框架尺寸设计143.1.3 连杆的强度校核163.2 挤出部件设计173.3.1丝杠的选取及其校核203.3.2 螺杆的设计213.强度校核223.3.5销的计算及校核26参考文献28致 谢29IV 第

8、一部分 本科毕业设计调研报告1.1 概述3D打印，作为一种制造业创新发展的新的趋势，3D打印集材料、设计、制造一体化，其未来的发展和影响程度可能会远远超出我们的想象。就像过去3D打印的优势一直被认为是在制作样机或是特殊零部件方面，但是随着各种新材料和技术进步，3D打印完全可以胜任都市制造的生产需要。它对传统设计理念和机理的颠覆，或许正是像深圳这样制造业发达区域向下一阶段制造业高地转型支柱领域。在IMTS上，由3D打印零部件组装的汽车，从众多展品中脱颖而出，大量吸引人们的眼球，其都得益于3 D打印技术的成就，机器和运动控制技术的使用，以及在材料科学取得的进展。汽车车身材料为碳纤维增强聚合物，车轮

9、和轮毂则由金属材料直接打印而成。整个过程花费44小时，包括40个部件。当打印完成后，首款3D打印车试驾吸引了众多媒体关注和报道。那年的IMTS 展览上，Cincinnati公司的BAAM的系统被用来生产、设计、打印3D打印汽车。从此，随着科技的快速发展及进步，我们的生活水平也随之不断地提高，同时，人口的增长也在急剧增长，我们需要越来越多的商品来满足物质生活的条件。这必然会导致对物品的要求越来越高，这将受到广大群众的喜爱，以及精品、独特和非量项目。现在，3D打印技术应广泛应用于医疗行业、科研、产品模型、建筑设计、制造和食品。1.2 学生、教师简介学 生 简 介姓名专业班级学号Xxx机械设计制造及

10、其自动化机械9班201302477 指 导 教 师 简 介校内外教师姓 名工作单位专 业职 称学校教师xxxxxx科技大学机械制造副教授1.3 调研时间及调研形式 调研时间：2015年2月29日3月25日 调研形式：前往黑龙江科技大学实训中心以及图书馆和在网上查阅各种资料，观察了3D打印机的机械结构和工作形式，并拍了许多照片和视频，同时也做了大量的测绘，对3D打印机的机械结构设计及工作原理有了初步的了解。1.4 调研企业及其概况 黑龙江大学科技工程实训与基础实验中心是一所以实践教学为主的教学单位，成立于2006二月，教学面积约有19000平方米，包括利用奥地利政府贷款引进的具有欧洲资质的数控培

11、训设备在内的各种仪器设备总价值4000余万元，各类教职员工95人，中心由工程实训基地、物理实验室、机械实验室、电工电子技术实验室、数控实训室、工程教育部、6个基础教学机构1.5 调研内容1.5.1 课题所涉及技术领域的基本情况3D打印机所涉及的领域主要是制造业。经过长时间的探索和发展，3D打印技术已经走过了漫长的道路，并已能够实现600分辨率的单层单层厚度为0.01毫米。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印5。目前，在全球3D打印机行业，美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额6。3D Systems公

12、司在2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位5。Stratasys公司2010年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机5。继2011年5月收购Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起5。在欧洲和美国的发达国家，3D打印已经开发出成功的商业模式。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

13、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8。国内3D打印技术起步晚。但是自3D概念一出，立即受到了热捧，3D打印技术近年来在国内日趋升温；据前瞻产业研究院统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻了一番达到20亿元9。但是与美国、德国等发达国家相比，中国的3D打印产业仍处于起步阶段，国内3D打印应用仍主要停留在科研阶段，并未实现在工业及个人消费领域大规模推广10。经过许多年的探索和发展，3D打印技术已经走过了漫长的道路，并已能达到600dpi的分辨率和0.01毫米的单层厚度进行打印。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现2

14、4位色彩的彩色打印。目前，在全球3D打印机行业，美国3DSystems和Stratuss两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有雄厚的技术实力，企业特点和研发团队等。当前局势就是，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。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。3D打印使用的另一个领域是消费品行业。作为一家在纽约创意消费品公司通过网络设计方案离奇为用户，用3 D打印技术制作有形产品并通过电子市场销售，每年推出60种创新产品，营收达100万美元。1.5.2 该项目的设

15、计方法、研发手段、技术特点均与项目或结构有关设计方法：用SolidWorks软件对3D打印机进行三维图的设计。其次，利用AutoCAD设计了二维图，完成了毕业设计指导书的编写。研发手段：参考国产3D打印机著名品牌极光尔沃Z603S打印机的机械结构，根据市场的需求及设备的结构性能进行设计。技术特点：主要对3D打印机的机械结构及传动结构进行设计，使结构更加简单，同时又能完成以前相同的工作，并且造价更加便宜。其他装置：加热装置机械传动装置送料装置控制元件和机架等装置。1.5.3 现阶段存在的技术问题1. 高成本和耗时时间长3D打印仍然是一项昂贵的技术。因为制作材料因素，使得3D打印变得高本低收的局面，制造效率不高。2.规模生产没有优势由于这种技术具有分布式制造的特点，它没有大量的生产加工的优势。目前，3D印刷还没有取代传统的制造