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3D打印机毕业设计

……………………. ………………. …………………山东农业大学毕业论文题目:3D打印机设计

线

……………….……. …………. …………. ………学院机电学院专业班级电气五班届次2014届学生姓名学号20100776

指导教师

二O一四年五月十二日

目录

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅱ)

引言 (2)

1绪论 (2)

1.1 国内外3D打印机的研究现状 (2)

1.1.1 国外3D打印机的研究现状 (2)

1.1.2 国内3D打印机的研究现状 (3)

1.2 3D打印机的发展趋势 (3)

1.2.1 3D打印产业的未来发展前景 (3)

1.2.2 3D打印技术未来发展的主要趋势 (4)

1.3 3D打印机的工作原理及特点 (4)

1.4 发展创新与突破 (6)

2 总体方案及结构设计 (7)

2.1 引言 (7)

2.2 总体框架的设计 (8)

2.3 温度控制回路的设计 (8)

2.4 XYZ三方向控制电机的设计 (9)

2.5 喷头移动及喷出量调节的设计.................. 错误!未定义书签。

3 机械结构 ........................................ 错误!未定义书签。

3.1 传动方式的选择.............................. 错误!未定义书签。

3.2 转动惯量的计算.............................. 错误!未定义书签。

3.3 喷头的选择 (12)

4 电机的选择 (13)

4.1 伺服电机和步进电机的对比 (13)

4.2 直流交流伺服电机对比 (15)

4.3 负载转矩的计算 (15)

4.4 打印速度的初步估计 (16)

5 传感器 (16)

5.1 温度传感器对比 (16)

5.2 机械位置传感器 (18)

5.3 压力传感器 (19)

6 3D打印机的优点及面临问题 (21)

6.1 3D打印机的优点 (21)

6.2 3D打印技术面临的问题 (21)

参考文献 (22)

致谢 (23)

Contents

Summary (Ⅰ)

Abstract ................................................. .. (Ⅱ)

1 Introduction (2)

1.1 Research Status 3D printer at home and abroad (2)

1.1.1 Research Status of Foreign 3D printer (2)

1.1.2 Research Status of domestic 3D printers (3)

1.2 Trends of 3D printer (3)

1.2.1 Future prospects of 3D printing industry (3)

1.2.2 3D printing technology for future development (4)

1.3 3D printer works and features (4)

1.4 The development of innovative and breakthrough (6)

1.5 Chapter Summary (7)

2 Overall program and structural design (7)

2.1 Introduction (7)

2.2 The overall design of the framework (8)

2.3 Temperature control loop design (8)

2.4 XYZ three directional control motor design (9)

2.5 Mobile and spray nozzle design volume adjustment (9)

3 Mechanical structure (10)

3.1 Select Transmission (10)

3.2 Calculation of moment of inertia (11)

3.3 Select nozzle (12)

4 Select motor (13)

4.1 Comparison of servo motors and stepper motors (13)

4.2 Comparison of DC servo motor (15)

4.3 The calculated of load torque (15)

4.4 Preliminary estimates Print Speed (16)

5 Sensor (16)

5.1 Comparison Temperature Sensor (16)

5.2 Mechanical position sensor (18)

5.3Pressure sensor (19)

6 Advantages of 3D printers and the problems faced (21)

6.1 Advantages 3D printer (21)

6.2 3D printing technology issues facing the (21)

References (22)

Acknowledgements (23)

3D打印机毕业设计

【摘要】3D打印是最近两年开始流行的一种快速成形技术, 它以数字模型文件为基础, 通过逐层打印的方式来构造物体. 我们日常生活中的打印机能打印一些平面纸张材料, 而3D 打印机打印出的是立体塑品产品.文章对3D打印的技术体系和国内外产业发展现状、发展态势作了综合介绍,综述3D打印技术的基本概念、发展简史、打印过程原理、应用领域、广泛影响以及面临的问题等.在介绍3D技术的发展历程、3D打印技术的工作原理流程及特点的基础上,分析了3D打印技术的创新点和存在的问题,展望了3D打印技术的未来发展趋势.

关键词:3D打印机;快速成型;结构设计;社会制造

3D printer Graduation

Author: Jiang Yunfei Instructor: Song Hongjun

【Abstract】:3D printing is one of the last two years became popular rapid prototyping technology, which is based digital model files, through over the printed layer by layer approach to construct objects. Our daily lives printer can print some flat sheet material, and 3D printer to print out the three-dimensional plastic goods products. Article on 3D printing technology system status and domestic industrial development, development made a comprehensive presentation situation, review the basic concepts of 3D printing technology, development history, the printing process principles, applications, and the problems faced widespread impact, etc. In the development process of introduction of 3D technology, working principle and characteristics of the process of 3D printing technology based on the analysis of 3D printing technology innovations and problems, looked to the future development trend of 3D printing technology.

Key words:3D printers; rapid prototyping; structural design; social manufacture

引言

随着时代的进步,我们的生活水平日渐提升,同时,人口也在急剧的增长,我们需要越来越多的物品来满足物质生活条件。这就势必造成我们对物品的要求也会越来越高,做工精细、独特且非量产的物品会受广大人们的喜爱。如今,我们拥有了3D打印这一先进的技术,我们可以通过3D打印机来打印各种我们所需要的、想要的。3D打印技术应用面广,它可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等,前景广泛。

3D打印技术,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。3D打印机则出现在上世纪90年代中期,即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用,人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

1 绪论

1.1 国内外3D打印机的研究现状

1.1.1 国外3D打印机的研究现状

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。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。

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。此外,在此领域具有较强技术实力和特色的企业、研发团队还有美国的Fab@Home和Shapeways、英国的Reprap等。

3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于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。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。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。

目前在欧美发达国家,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。另外,3D打印技术

获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案,以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售,每年能够推出60种创新产品,年收入达到100万美元。

1.1.2 国内3D打印机的研究现状

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。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势;华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势,并已推出了HRP系列成型机和成型材料【1】;西安交通大学自主研制了三维打印机喷头,并开发了光固化成型系统及相应成型材料,成型精度达到40.2mm;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打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。

近年来,国内企业已实现了3D打印机的整机生产和销售,这些企业共同的特点是由海外归国团队建立,规模较小,产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前,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。在服务领域,我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务,其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比,我国港台地区3D打印技术引入起步较早,应用更为广泛,但港台主要着重于技术应用,而非自主研发。

1.2 3D打印机的发展趋势

1.2.1 3D打印产业的未来发展前景

根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果,全球3D打印产业产值在1988~2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期,3D打印产业未来仍将持续较快地增长,到2016年,包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元,2020年将达到52亿美元【2】。

但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间,目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战:一是成本方面,现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面,目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物,选择的局限性较大,成型品的物理特性较差,而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面,目前3D打印成品的精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受打印机工作原理的限制,打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面,3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散,制造业面对的盗版风险大增,现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。