畢業(yè)設(shè)計(jì)：3d打印機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科生學(xué)期論文</b></p><p>　　題目名稱(chēng)： 3D打印機(jī)設(shè)計(jì) </p><p>　　院 系： 工學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名： 呂師旭 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 421314402016 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 王永志 </p><p>　　2017年 1

3、2 月 17 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　摘要：以前的零件設(shè)計(jì)完全取決于生產(chǎn)加工工業(yè)， 3D打印機(jī),即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(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)。使用3D輔助設(shè)計(jì)軟件，可以用各種原料打印三維模型。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

4、印機(jī)打印出的是立體塑品零件，使零部件的生產(chǎn)不在考慮生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，因?yàn)槠淇梢詫⑷绾螐?fù)雜的形狀直接打印出來(lái)。為了縮短生產(chǎn)周期，使用3D打印機(jī)從計(jì)算機(jī)獲得數(shù)據(jù)模型，提高了效率。雖有不完善的地方，但其具有極大的市場(chǎng)潛能，勢(shì)必會(huì)為未來(lái)制造行業(yè)眾多突破技術(shù)之一。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

5、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)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：3D打印 快速成型 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Abstract: the former parts design depends entirel

6、y on production and processing industry, 3 d printers, namely a kind of rapid prototyping machine, it is a model of digital document as the foundation, using the adhesive materials, such as powder metal or plastic to con

7、struct objects by means of step by step a print technology. 3D cad software can be used to print 3D models with various materials. Printer can print in our daily life some graphic paper materials, and 3 d printer to prin

8、t out the t</p><p>　　Key words: 3D printing, rapid prototyping structure design.</p><p>　　1.3D打印機(jī)的現(xiàn)狀及原理</p><p>　　1.1國(guó)外3D打印機(jī)的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著時(shí)代的進(jìn)步，3D打印技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展跨入了一個(gè)全新的領(lǐng)

9、域，新的信息和控制以及材料等技術(shù)不斷被廣泛應(yīng)用到機(jī)械制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將會(huì)被推向各個(gè)領(lǐng)域。在以后3D打印技術(shù)將會(huì)向精密和智能以及通用便捷化等方向發(fā)展。</p><p>　　3D打印機(jī)技術(shù)的推廣對(duì)機(jī)械制造工業(yè)有著非比尋常的意義。3D打印機(jī)技術(shù)的意義主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，制造工藝的深刻變革；3D打印機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)是通過(guò)逐層堆積材料進(jìn)行加工，而不是通過(guò)去除多余材料進(jìn)行加工的。因此，這項(xiàng)特殊的工藝也被稱(chēng)作是“

10、堆積制造”或“添加制造”工藝。而這種3D打印技術(shù)工藝改變了曾經(jīng)通過(guò)對(duì)原材料進(jìn)行切削和來(lái)組裝進(jìn)行生產(chǎn)的舊加工模式，為工業(yè)制造節(jié)省了大量的材料和加工時(shí)間，給制造工藝帶來(lái)了無(wú)比深刻的變革。第二，制造技術(shù)的重大飛躍；三維打印技術(shù)應(yīng)用了各種技術(shù)，有激光技術(shù)和熔融技術(shù)以及材料技術(shù)等等諸多方面的科學(xué)技術(shù)和機(jī)械方面的知識(shí)，三維打印技術(shù)的不斷成熟將會(huì)推動(dòng)社會(huì)各種行業(yè)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)巨大的提升。第三，制造模式的一次革命，三維打印技術(shù)作為一種全新的打印加工的工藝

11、，將會(huì)直接改變從第二次工業(yè)革命產(chǎn)生的用裝配生產(chǎn)線為代表的那種規(guī)模型的生產(chǎn)方式，使很多三維產(chǎn)品生產(chǎn)向個(gè)性化和定制化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)制造方式的根本上的變革。三維打印機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用定會(huì)減少推向市場(chǎng)的時(shí)間。三維打印機(jī)制造的三維產(chǎn)品用戶(hù)只要下載設(shè)計(jì)圖就可以在通過(guò)3D打印機(jī)將產(chǎn)品打印出來(lái)，從而不需要大規(guī)模生產(chǎn)線，不需要庫(kù)存大量的零部件和</p><p>　　而今，3D打印機(jī)橫空出世，將會(huì)徹底改變以前陳舊的生產(chǎn)方式，它將會(huì)使得企業(yè)

12、在制造各種零部件的時(shí)候不用再去考慮時(shí)常會(huì)出現(xiàn)的生產(chǎn)工藝的那些問(wèn)題，不管形狀多么復(fù)雜的工藝設(shè)計(jì)都可以用3D打印機(jī)制造來(lái)完成要求。3D打印機(jī)不需要進(jìn)行模具鑄造和機(jī)械加工這兩種方式，就能直接從計(jì)算機(jī)中所設(shè)計(jì)的圖形數(shù)據(jù)中生成所需要的各種形狀的物體。與此同時(shí)，3D打印機(jī)就極大地所縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了企業(yè)的生產(chǎn)率。盡管3D打印技術(shù)仍然不是很健全，但是它的在未來(lái)將擁有巨大的生產(chǎn)制造市場(chǎng)，它勢(shì)必成為未來(lái)制造業(yè)的眾多突破技術(shù)之一。

13、 </p><p>　　這些年經(jīng)過(guò)多次探索，3D打印技術(shù)有了令人欣喜的進(jìn)步。據(jù)調(diào)查，3D打印技術(shù)目前已經(jīng)能夠在0.01mm的單層厚度上實(shí)現(xiàn)600.00dpi的精細(xì)分辨率。目前國(guó)際上較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)2 5mm厚度的垂直速率，并可實(shí)現(xiàn)2 4位色彩的彩色打印。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)的3D打印現(xiàn)狀</p><p>　　自20世紀(jì)9

14、0年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì)，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料；西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并開(kāi)發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度達(dá)到 40.2mm；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比還

15、有較大差距。</p><p>　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)的整機(jī)生產(chǎn)和銷(xiāo)售，這些企業(yè)共同的特點(diǎn)是由海外歸國(guó)團(tuán)隊(duì)建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)與國(guó)外廠商同類(lèi)產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國(guó)產(chǎn)3D打印機(jī)在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術(shù)水平有待進(jìn)一步提升。在服務(wù)領(lǐng)域，我國(guó)東部發(fā)達(dá)城市已普遍有企業(yè)應(yīng)用進(jìn)口3D打印設(shè)備開(kāi)展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其服務(wù)范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔

16、助設(shè)計(jì)、文物復(fù)原等多個(gè)領(lǐng)域。與內(nèi)地相比，我國(guó)港臺(tái)地區(qū)3D打印技術(shù)引入起步較早，應(yīng)用更為廣泛，但港臺(tái)主要著重于技術(shù)應(yīng)用，而非自主研發(fā)。</p><p>　　1.3 3D打印的工作原理</p><p>　　說(shuō)到它的原理，其實(shí)也并不不復(fù)雜，其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)工作原理基本相同。傳統(tǒng)打印機(jī)是只要輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一

17、副二維圖像，而打印機(jī) 首先將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后打印機(jī)開(kāi)始逐層分切，針對(duì)分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。3D打印是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成 型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型（即“積層造型法”），制造出實(shí)體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過(guò)模具、車(chē)銑等機(jī)械加工方式對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削等方法生產(chǎn)成品不同，3D打印是將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平

18、面，通過(guò)對(duì)材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，這就大大降低了制造的復(fù)雜度。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)床、不需要眾多的人力，從而直接從計(jì)算機(jī)圖形以及數(shù)據(jù)中便可生成所需形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。</p><p>　　例如我們制作一個(gè)塑料材質(zhì)的蘋(píng)果，首先我們需要在電腦上使用3D軟件制作出一個(gè)蘋(píng)果的3D模型文

19、件，然后把它轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)支持的文件格式。接下來(lái)需要給3D打印機(jī)放入塑料耗材，現(xiàn)在3D打印機(jī)就可以制作了。這個(gè)過(guò)程是不是像我們的平面打印機(jī)的操作呀！好下面說(shuō)重點(diǎn)。打印系統(tǒng)在制作的時(shí)候會(huì)從這個(gè)蘋(píng)果3D模型底部開(kāi)始切成很多片（多少片呢？這個(gè)要根據(jù)打印機(jī)的技術(shù)指標(biāo)它所支持的“層厚”來(lái)決定。）。最先開(kāi)始制作的是蘋(píng)果模。</p><p>　　1.4 3D打印的特點(diǎn) </p><p>　　3D打印

20、技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　制造快速3D打印技術(shù)是并行工程中進(jìn)行復(fù)雜原型或者零件制造的有效手段，能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同步進(jìn)行，從而提高企業(yè)研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，極大降低了新品開(kāi)發(fā)的成本及風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于外形尺寸較小特異形的產(chǎn)品尤其適用[8]。 </p><p>　　不占空間、便攜制造 3D打印機(jī)整體體積可以調(diào)整，而且一般體形不大便于攜帶，可以再大部分情

21、況下使用。 </p><p>　　生產(chǎn)周期短 這是3D打印機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)。3D打印技術(shù)可以使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，從而使得企業(yè)研發(fā)效率提高，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，對(duì)于外形尺寸較小的最為適用。 </p><p>　　材料種類(lèi)繁多 到目前為止，各類(lèi)3D打印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類(lèi)有很多樹(shù)脂，尼龍，塑料，石蠟紙以及金屬或陶瓷的粉末，能滿足絕大多數(shù)產(chǎn)品對(duì)材料的機(jī)械性能需求。

22、</p><p>　　生產(chǎn)多樣化且不增加成本 與傳統(tǒng)機(jī)械加工方式比較，開(kāi)發(fā)成本上節(jié)約10倍以上，同樣快速成型技術(shù)縮短了企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，使得在新品開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案的問(wèn)題大大減少，也消除了修改模具的問(wèn)題，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。</p><p>　　應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域廣 3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)這些年來(lái)的發(fā)展，在技術(shù)上已形成了一套體系，同樣可應(yīng)用的行業(yè)也逐漸擴(kuò)大，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)與制造

23、材料工程學(xué)研</p><p><b>　　究文化。</b></p><p><b>　　2 噴頭的改進(jìn)</b></p><p>　　2.1 噴頭系統(tǒng)的功能要求 </p><p>　　熔融擠出系統(tǒng)對(duì)噴頭系統(tǒng)的基本要求是:將成型料絲送人液化器中,在其中及時(shí)而充分地熔化,由固態(tài)變 為熔融態(tài),然后再進(jìn)一步

24、從更小直徑的噴嘴中以極細(xì)絲狀擠出,按掃描路徑堆積成型。而且送絲速度要與掃描速度相匹配,以保證均勻一 致的材料堆積路徑。成型工藝對(duì)噴頭系統(tǒng)的功能要求可以分解為以下幾點(diǎn):</p><p>　　1) 供應(yīng)功能:將料絲從絲筒上拉出,提供成型材料; </p><p>　　2)熔絲功能與料絲送進(jìn)功能:將送進(jìn)的固態(tài)料絲及時(shí)且充分地 熔化成為熔融狀態(tài)并將料絲送人液化器; </p><

25、p>　　3) 流道功能:提供熔融態(tài)材料穩(wěn)定流動(dòng)的通道; </p><p>　　4) 定徑功能:對(duì)擠出熔融態(tài)物料進(jìn)行定徑,變?yōu)闈M足要求的細(xì)小直徑的絲材進(jìn)行堆積; </p><p>　　5) 出絲速度匹配與出絲起?？刂乒δ?出絲速度可控,能根據(jù)掃描速度進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)互相匹配。出絲應(yīng)能根據(jù)路徑掃描要求及時(shí)起停,以保證高質(zhì)量的成型路徑,尤其是在路徑 起停處。 在采用熔絲擠出方式的工藝原理時(shí),

26、就是借助液化器中未熔絲材的活塞作用,將熔融材料擠出噴嘴,出絲推力近似等于送絲驅(qū)動(dòng)力,所以在此特定的工藝原理中,送絲功能和基礎(chǔ)功能是等效的。 </p><p>　　2.2噴頭實(shí)現(xiàn)方法設(shè)計(jì) </p><p>　　基于所選擇的打印耗材,噴出技術(shù)采用熔融沉積成型技術(shù),根據(jù)片層參數(shù)控制加熱噴頭沿模型斷面層掃描,同時(shí)控制熔融液體的體積 流量,使粘稠液體物料均勻地鋪灑在斷面層上。</p>

27、<p>　　液化器中使用電熱絲提供熱量使料絲熔融。熔融擠壓快速成型工藝對(duì)溫度的要求極其嚴(yán)格,噴頭出絲溫度和成型室的溫度嚴(yán)格處于一定的溫度范圍之內(nèi),且一旦設(shè)定溫度控制值之后,須保證其溫度保持在平穩(wěn)狀態(tài),不能產(chǎn)生較大 的擾動(dòng),否則成型質(zhì)量將受到影響。這就要求液化器溫度必須保持穩(wěn) 定。因此,我們需要加入上述的溫度控制回路來(lái)嚴(yán)格控制液化器的溫度。</p><p>　　3 3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)選擇</p&g

28、t;<p>　　3.1傳動(dòng)方式的選擇 </p><p>　　直線導(dǎo)軌可分為：滾輪直線導(dǎo)軌和滾珠直線導(dǎo)軌兩種，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度較高。 滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。 </p><p>　　與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 由于滾珠絲

29、杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 </p><p>　　高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分

30、保證。</p><p>　　微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。</p><p>　　無(wú)側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。 </p><p&g

31、t;　　高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。 </p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 </p><p>　　滾珠絲杠根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T9893－1999 選用長(zhǎng)度L=1.0m，公稱(chēng)直徑D=12mm,公稱(chēng)導(dǎo)程mmPh40 對(duì)本系統(tǒng)而言，絲杠傳動(dòng)折算到馬達(dá)軸上的總慣量為： Jt=Z1+1/i2[Z2+JS+JW](kg.m2) 其中i為兩

32、齒輪的傳動(dòng)比，此處取i=Z1/Z2=1 其他符號(hào)說(shuō)明如下：</p><p>　　Z1——齒輪l 及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1=0.0018kg.m2</p><p>　　Z2——齒輪2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，取J2=0.0018kg.m2；</p><p>　　Js——絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2；</p><p>　　Jw----為工作臺(tái)折算到絲杠上的動(dòng)慣量；

33、</p><p>　　W——工作臺(tái)重量，工作臺(tái)輕，取6kg；</p><p>　　S——絲杠螺距，4mm；</p><p>　　g——重力加速度，9.8m/s2；</p><p>　　圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1/8MD2 M----圓柱體質(zhì)量；</p><p>　　D---圓柱體直徑； 而且選用絲杠的密度（類(lèi)于鐵）為7

34、.8g/m3=r；</p><p>　　D-滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： JS=1/4πD2pl*1/8D2=3.14*0.0124*1.0*7800/32=1.59*10-5( kg.m2 ) Jw=6*0.0042/(9.8*4π2)=2.48*10-7( kg.m2 ) 從而 Jt=3*10-3 ( kg.m2)-。 </p><p>　　可見(jiàn)，Jt很小——主要由兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)決

35、定，從而對(duì)電機(jī)的功率輸出要求不苛刻，在功率不高情況下，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　這是一個(gè)小慣量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)啟動(dòng)，加速，制動(dòng)的性能好，反應(yīng)快，比較理想。 此類(lèi)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速一般是3000r/min上下，取3000為參考研究 按360dpi的分辨率來(lái)考慮，則每英寸25.4mm對(duì)應(yīng)360個(gè)色點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)色點(diǎn)的距離為25.4/360=0.07mm,又打印噴頭為雙排的，所以，打印噴頭周期移動(dòng)距離d=0.07

36、*2=0.14mm，噴墨一次，噴粘劑一次，兩個(gè)噴頭噴出同步； </p><p>　　設(shè)定機(jī)械精度：0.005mm，對(duì)應(yīng)的脈沖當(dāng)量: 由i=1，求得絲桿轉(zhuǎn)一圈，噴頭前進(jìn)4mm。則機(jī)械精度對(duì)應(yīng) 絲桿轉(zhuǎn)一周，上位機(jī)應(yīng)該發(fā)出的指令脈沖為4mm/0.005mm=800（個(gè)） 則對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速約為3000，上位機(jī)脈沖能力至少800*3000/60=40000r/s； 對(duì)應(yīng)6000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，則上位機(jī)脈沖能力80000r/s，電

37、子齒輪比不變. CMX ：電子齒輪比的分子是電機(jī)編碼器反饋脈沖。 CDV ：電子齒輪比的分母是上位機(jī)的給定脈沖（指令脈沖）。 </p><p>　　電子齒輪比=CMX/CDV=（131072×100）/ 80000=6553600/200000=32.8。 在此計(jì)算電子齒輪比的目的——電子齒輪比把上位機(jī)的給定脈沖要換算成與電機(jī)編碼器反饋脈沖同等意義的信號(hào)，便于控制中心按給定指令要求控制伺服轉(zhuǎn)動(dòng)定位

38、。此外，通過(guò)上位機(jī)的脈沖能力的估算，對(duì)比實(shí)現(xiàn)的可能性，得知我們方案的合理性。</p><p>　　3.3 打印速度的計(jì)算</p><p>　　每打一個(gè)，計(jì)劃在Y軸方向移動(dòng)10次，使寬度達(dá)到361mm 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：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.

39、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)幅面，T=30s，基本實(shí)現(xiàn)1分鐘打印2頁(yè)的要求.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a=50*2/0.3=1047rad/s2 M=Ma+Mf Ma=(Im+It)α Mf=μWS/2πηι 式中Ma——電機(jī)

40、啟動(dòng)加速力矩； </p><p>　　Jm，Jt——電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量（kg·m3）； </p><p>　　Mf——導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N·m） 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；</

41、p><p>　　滾動(dòng)球軸承傳動(dòng)效率為0.99；</p><p>　　齒輪的傳動(dòng)效率為0.93；總傳動(dòng)效率為： η=0.95*0.99*0.93*0.99=0.866 導(dǎo)軌磨擦折算至電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩：Mf=0.1*6*0.004/(2π*0.866*1)=4.4*10-4 </p><p>　　需要的輸出力矩為: T=Jα+Mf=(3.0*10-3+0.388*

42、10-4)*1047+4.4*10-4=3.18N.m 出力力矩T=3.18，小于最大出力力矩=3.81</p><p>　　3.4 噴膠噴頭的選擇改進(jìn)</p><p>　　SPT 噴頭在綜合以往所有噴頭的性能優(yōu)點(diǎn)最終設(shè)計(jì)而成，在集中以往優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)另外主要體現(xiàn)在：</p><p>　　主要表現(xiàn)為全不銹鋼設(shè)計(jì)，具備超強(qiáng)的耐壽命，每只噴頭的管道為510個(gè)。</p

43、><p>　　噴頭電壓可隨溫度變化而變化，能夠以往其他噴頭因溫度等外界因素造成的斷墨煩惱。</p><p>　　噴頭的數(shù)據(jù)端口能夠適應(yīng)不同的打印軟件，并且打印濃度也比以往噴頭更持久。</p><p>　　適用面較廣，目前已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)與商業(yè)打印的范圍以?xún)?nèi)。</p><p>　　成本較低，趨于大眾化。</p><p><

44、;b>　　3.5 加熱器選擇</b></p><p>　　加工平臺(tái)要求一定溫度，所以我們需要在加工平臺(tái)下安裝一個(gè)加熱器。當(dāng)溫度達(dá)到要求則加熱器斷電，當(dāng)溫度低于要求溫度時(shí)，加熱器啟動(dòng)開(kāi)始加熱。</p><p>　　選擇PTC陶瓷加熱板。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)有：</b></p><p>　　安

45、全：無(wú)明火，恒溫發(fā)熱，熱轉(zhuǎn)換率高。</p><p>　　節(jié)能：有自動(dòng)節(jié)能的特性，當(dāng)加熱器把環(huán)境溫度提高后，功率會(huì)降低。</p><p>　　壽命長(zhǎng)：PTC產(chǎn)品正常使用時(shí)不因?yàn)樽陨碓驌p壞，一般的標(biāo)準(zhǔn)為工作2000小時(shí)后的功率衰減小于10%。</p><p><b>　　3.6 溫度傳感器</b></p><p>　　工作

46、原理：熱電偶或熱電阻傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再講該信號(hào)送入變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含調(diào)令和熱電偶補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)電路。</p><p>　　選擇鉑電阻元件還產(chǎn)生熱量</p><p><b>　　3.7壓力傳感器</b></p><p>　　壓力傳感器用于測(cè)定料槽與墨盒中是否有料，無(wú)聊則示警的裝置，壓力傳感器安裝于原料槽底部和墨盒底部。采用壓阻

47、式壓力傳感器，具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。</p><p><b>　　3.8 位移傳感器</b></p><p>　　位移傳感器用于測(cè)定x,y,z 軸的定位，x,y軸傳感器用于噴頭后面，z軸傳感器則安裝于原料槽推板和工作平面推板。</p><p><b>　　工作原理：</b></p>&

48、lt;p>　　光電式位移傳感器利用激光三角反射法利用激光三角反射法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體材質(zhì)沒(méi)有任何要求，主要影響為環(huán)境光強(qiáng)和北側(cè)面是否平整。比如公路測(cè)量用到激光位移傳感器，就對(duì)傳感器進(jìn)行了特殊配置，與普通情況不一樣。</p><p>　　位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。根據(jù)位移的要求，采用感應(yīng)同步器，光柵，容柵，磁柵等傳感器來(lái)測(cè)量。其中光柵傳感器因具有易

49、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有人為讀數(shù)誤差，安裝方便，使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工，檢測(cè)儀表燈行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　根據(jù)傳感器特點(diǎn)，可將三個(gè)直線光柵傳感器分別裝上測(cè)量，三個(gè)度均確定后就能算出噴頭的X-Y—Z坐標(biāo)，把該坐標(biāo)反饋給控制器形成閉環(huán)回路。 精度非常高，速度快，安裝要求比較高。</p><p>　　4.3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及面臨問(wèn)題</p>

50、<p>　　4.1 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　3D打印技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　制造快速 3D打印技術(shù)是并行工程中進(jìn)行復(fù)雜原型或者零件制造的有效手段，能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同步進(jìn)行，從而提高企業(yè)研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，極大降低了新品開(kāi)發(fā)的成本及風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于外形尺寸較小特異形的產(chǎn)品尤其適用。 </p><p>　　2.CA

51、D/CAM技術(shù)的集成 快速成型技術(shù)集成CAD.CAM激光技術(shù).數(shù)控技術(shù).化工材料工程等多項(xiàng)技術(shù),使得設(shè)計(jì)制造一體化的概念完美實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　3.完全再現(xiàn)三維效果 經(jīng)過(guò)快速成型制造完成的零部件,完全真實(shí)的再現(xiàn)三維造型,無(wú)論外表面的異形曲面,還是內(nèi)腔的異形孔都可以真實(shí)準(zhǔn)確的完成造型,不再需要再借助外部設(shè)備進(jìn)行修復(fù)。 </p><p>　　4.材料種類(lèi)繁多 到目前為止，各類(lèi)3D打

52、印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類(lèi)有很多樹(shù)脂，尼龍，塑料，石蠟紙以及金屬或陶瓷的粉末，能滿足絕大多數(shù)產(chǎn)品對(duì)材料的機(jī)械性能需求。 </p><p>　　5.創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益 與傳統(tǒng)機(jī)械加工方式比較，開(kāi)發(fā)成本上節(jié)約10倍以上，同樣快速成型技術(shù)縮短了企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，使的在新品開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案的問(wèn)題大大減少，也消除了修改模具的問(wèn)題，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。 </p><p>　　6.應(yīng)

53、用行業(yè)領(lǐng)域廣 3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)這些年來(lái)的發(fā)展，在技術(shù)上已形成了一套體系，同樣可應(yīng)用的行業(yè)也逐漸擴(kuò)大，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)與制造材料工程醫(yī)學(xué)研究文化藝術(shù)建筑工程等等都逐漸的使用3D打印技術(shù)，使得3D打印技術(shù)有著廣闊的前景。</p><p>　　4.2 3D打印技術(shù)面臨的問(wèn)題 </p><p>　　現(xiàn)在3D打印技術(shù)的精度約為0.1ｍｍ， 而且3D打印機(jī)本身的售價(jià)偏高，不過(guò)隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本

54、的降低，一臺(tái)普通3D打印機(jī)的成本有望比1985年的激光打印機(jī)還要低。</p><p>　　生物3D打印機(jī)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中之一是其打印出的器官如何與身體其他器官尤其是大的組織更好地結(jié)合，因?yàn)槿魏未蛴〕鰜?lái)的器官或身體組織都需要同身體的血管相連，而這可能非常難于實(shí)現(xiàn) ，一旦克服了這個(gè)技術(shù)障礙，在未來(lái)幾十年內(nèi)生物打印技術(shù)將成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 </p><p>　　當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的

55、大規(guī)模使用還有不少挑戰(zhàn)， 首先是打印材料，它根據(jù)打印商品的不同，需要各種特殊種類(lèi)的金屬塑料以及陶瓷等成本比較高 。</p><p>　　產(chǎn)權(quán)保護(hù)： 3D打印技術(shù)的意義不僅在于改變資本和工作的分配模式，而且也在于它能改變知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)則 。該技術(shù)的出現(xiàn)使制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模而取決于創(chuàng)意。 </p><p>　　然而單靠創(chuàng)意也不夠，模仿者和創(chuàng)新者都能輕而易舉地在市場(chǎng)上快速推出新產(chǎn)品 。

56、因此，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)可能將前所未有地變得比以前更短。 </p><p>　　一旦物品能用數(shù)字文件來(lái)描述，它們就會(huì)變得很容易復(fù)制和傳播，當(dāng)然盜版也會(huì)變得更加猖獗。 </p><p>　　當(dāng)一個(gè)新玩具的草圖或一雙鞋的設(shè)計(jì)方案在網(wǎng)上流傳時(shí)，其知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擁有者會(huì)失去更多。因此人們?cè)谥R(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域進(jìn)行的斗爭(zhēng)會(huì)更加激烈，并且隨著開(kāi)源軟件新的非商業(yè)模式的出現(xiàn)，3D打印技術(shù)需要比目前更加嚴(yán)謹(jǐn)還是更加寬松的法規(guī)還

57、有待驗(yàn)證。 </p><p>　　稅務(wù)問(wèn)題：過(guò)去稅務(wù)局海關(guān)對(duì)交易征稅都是基于商品的價(jià)值。如果將來(lái)貨物的制造模式都是通過(guò)購(gòu)買(mǎi)3D打印機(jī)和耗材，從網(wǎng)上下載設(shè)計(jì)文件，自行打印出所需的物品，那么傳統(tǒng)的征稅模式將難以為繼 ，未來(lái)的稅基將很可能從增值稅消費(fèi)稅轉(zhuǎn)向個(gè)人所得稅和營(yíng)業(yè)稅。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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