【正文】 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄摘要 IIAbstract III第一章 緒論 1 3D打印的原理及其歷史發(fā)展 1 3D打印的發(fā)展前景 3第二章 設(shè)計軟件的選擇 5 Solidworks軟件介紹 5 Solidworks與其他三維制圖軟件的對比 7第三章 3D打印機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3D打印機的參數(shù) 9 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 電機和聯(lián)軸器的選擇 13第四章 3D打印機主要部件受力分析 22 X方向運動光桿的受力分析 22 絲杠的受力計算 24 導(dǎo)軌的選型及計算 24 絲杠和螺母自鎖校核計算 25第五章 Solidworks設(shè)計3D打印機 26 草圖設(shè)計 26 零件建模特征 31總 結(jié) 45致 謝 46參考文獻 47 摘要3D打印是最近兩年開始流行的一種快速成形技術(shù)。 它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。 我們?nèi)粘Ｉ钪械拇蛴C能打印一些平面紙張材料。而3D打印機打印出的是立體產(chǎn)品。本文章對3D打印的技術(shù)體系和國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢作了綜合介紹，綜述3D打印技術(shù)的基本概念、發(fā)展簡史、打印過程原理、應(yīng)用領(lǐng)域、廣泛影響以及面臨的問題等。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的基礎(chǔ)上，分析了3D打印技術(shù)的創(chuàng)新點和存在的問題，展望了3D打印技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。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3D打印機進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，對某些重要的零部件詳細分析它的參數(shù)和原理作用。3D打印機在工作過程中因受應(yīng)力的影響可能會發(fā)生變形，所以接下來應(yīng)用材料力學(xué)的知識對X方向運動的光桿進行受力分析校核，以確保三維打印機能打印出精度比較高的產(chǎn)品。3D打印機工作的時候是三個方向一起運動，而打印機要精準(zhǔn)穩(wěn)定地做X、Y、Z方向的運動，必須要有精確平穩(wěn)的軌道承載，能否在這三個方向上自由地運動是我對打印機研究的非常重要的部分，而3D打印機要求的是在最小的尺寸空間里實現(xiàn)三個運動方向運動范圍的最大化。設(shè)計中主要使用了Solidworks三維制圖軟件，受力方面結(jié)合材料力學(xué)力的知識對3D打印機的主要部件進行了受力分析。關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；受力分析；Solidworks Abstract 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 construct objects. Our daily lives printer can print some paper material plane. The 3D printer to print out the threedimensional product. This article is for 3D printing technology system and domestic and foreign industry development status, development trend made a prehensive presentation, review the basic concepts of 3D printing technology, development history, the printing process principles, applications, and the problems faced by a broad impact and so on. On the basis of the development process of introduction of 3D technology, 3D printing technologies work processes and characteristics, analyzes the innovation of 3D printing technology and problems, look to the future development trend of 3D printing technology. According to relevant indicators, parameters in meeting the standardization of 3D printer 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, so 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. When the 3D 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 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 threedimensional mapping software, by bining the mechanical aspects of knowledge force strength of the main ponents were stress analysis 3D printer.Keywords：3D printing。 design。 stress analysis。 SolidworksII 第一章 緒論 3D打印的原理及其歷史發(fā)展 3D打印的原理 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)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(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)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，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。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實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，打印機內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。 設(shè)計軟件和打印機之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來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。 打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。 打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即XY方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，也有部分打印機如ObjetConnex 系列還有三維Systems39。 ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(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)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當(dāng)然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。 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本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的3D打印機就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。3D打印機的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當(dāng)前的3D打印機打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技術(shù)可以同時使用多種材料進行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時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。 3D打印的歷史發(fā)展 1986年，Charles Hull開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機。 1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專利。 1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機。 2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。 2010年11月，世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。 2011年6月6日，發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼。 2011年7月，英國研究人員開發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機。 2011年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機。 2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。 2013年10月，全球首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品。 2013年11月，美國德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設(shè)計制造出3D打印金屬手槍。 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，和機械設(shè)計制造領(lǐng)域。有些精密的制造業(yè)也可以通過3D打印技術(shù)完成。在醫(yī)療領(lǐng)域上，3D打印機可以用人培養(yǎng)的細胞作為打印原材料打印器官，這就給病人提供了對自己不排斥的器官。前段時間有個小孩因為天生沒有鼻子，于是醫(yī)院就通過3D打印機打印出了一個與他個人相匹配的鼻子，并且成功應(yīng)用上去。這些成功的例子無疑在說明3D打印技術(shù)已經(jīng)越來越接近我們的生活，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] 3D打印技術(shù)已經(jīng)有了十多年的發(fā)展，目前分辨率可以達到6000pi，這樣的技術(shù)幾乎可以打印出你肉眼能看得出來的東西，可見這精度已經(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] 目前國內(nèi)很多家公司相繼完成了他們的3D打印機的生產(chǎn)和銷售，雖然他們的公司大小不能與國外大型公司相媲美，而且所做的產(chǎn)品的整體質(zhì)量也沒有國外的那么好，但在中國的市場還是非常不錯的。國內(nèi)生產(chǎn)的3D打印機在材料，模型結(jié)構(gòu)，打印精準(zhǔn)度方面還不能很好的滿足消費者的需求。而在第三產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域在國內(nèi)某些發(fā)達城市有很多企業(yè)引進了國外先進的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?？傊畤鴥?nèi)的3D打印技術(shù)還不夠成熟，還需進一步的發(fā)展技術(shù)。 [3] 目前在西方國家，3D打印技術(shù)已經(jīng)大范圍的應(yīng)用到了商業(yè)。比如在某些汽車制造業(yè)和電子制造廠商。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢可以體現(xiàn)在高效率的基礎(chǔ)上打印出廉價的部件。紐約有一家公司手機了很多客戶所實際需要的模型，或者產(chǎn)品，收集之后用3D打印技術(shù)把收集來的方案打印成他們所需的實物，并且獲得了較好的成果。[5] 目前，在全球3D打印機行業(yè)，美國3D Systems和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額。此外，在此領(lǐng)域具有較強技術(shù)實力和特色的企業(yè)、研發(fā)團隊還有美國的Fab@Home和Shapeways、英國的Reprap等。 3D Systems公司是全世界最大的快速成型設(shè)備開發(fā)公司。于2011年11月收購了3D打印技術(shù)的最早發(fā)明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印領(lǐng)域的龍頭地位。S