【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相粉末、用“激光部分熔融低熔點(diǎn)”粉末技術(shù)來制造模具。 熔融 沉積 3D 打印機(jī)概述 熔融沉積有時(shí)被稱為熔絲沉積 ,它將熱熔性材料加熱到融化 ,絲狀材料被具有微細(xì)噴嘴的擠出機(jī)擠出 ,可以沿著 X 軸方向移動(dòng)的噴嘴 ,工作臺(tái)沿 Y 軸 (不同設(shè)備和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能不是相同的 ),把熔融的絲材擠出后立即和前一層材料粘合在一起 ,然后重復(fù)這些步驟 ,直到工件完全形成。 熔融沉積 3D 打印機(jī)工藝原理及過程 FDM 工藝是使用熱塑性材料熱熔 , 在計(jì)算機(jī)的控制下一層又一層的堆積成型。機(jī)器控制加熱噴嘴可根據(jù)截面輪廓信息 ,作 x y 平面運(yùn)動(dòng)和 Z 方向的運(yùn)動(dòng)。絲狀熱塑性材料通過送絲機(jī)構(gòu)送到噴嘴里 ,并加熱到熔融狀 態(tài) ,然后選擇性涂覆在工作臺(tái)之上 ,快速冷卻后形成截面輪廓。完成一層截面后噴嘴增加一層的高度 ,然后進(jìn)行下一層涂覆。重復(fù)上述動(dòng)作 ,直至形成三維產(chǎn)品。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 FDM 制造過程原則 :熔融沉積快速成型工藝在原型制作時(shí)同時(shí)需要制作支撐 ,為了節(jié)省材料成本 ,提高沉積效率 ,新的 FDM 設(shè)備采用雙噴嘴。一個(gè)噴嘴用于沉積模型材料 ,一個(gè)噴嘴用于沉積支撐材料。一般來說 ,模型材料絲成本高、沉積效率很低。但是支撐材料絲很粗且成本更低、沉積效率比模型材料絲高。雙噴嘴除了沉積過程具有較高的沉積效率 ,并降低生產(chǎn)成本以外 ,還可以靈活地選擇具有特殊的性能支撐 材料 ,方便支撐材料的處理 ,如水溶性材料、低于模型材料熔點(diǎn)低的熱熔材料。 熔融沉積 3D 打印機(jī)國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)水平 目前 ,快速成型技術(shù)的軟件還有早期的典型特征 ,可以完成數(shù)據(jù)處理和控制的形成過程 ,因?yàn)槊總€(gè)公司的軟件都是自己開發(fā)、自成體系 ,所以相對(duì)封閉 ,沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和統(tǒng)一的軟件模塊劃分標(biāo)準(zhǔn) ,嚴(yán)重阻礙了二次開發(fā)和該技術(shù)的推廣應(yīng)用、不同工藝的集成。因?yàn)?CAD和 RPamp。M的接口軟件開發(fā)的難度高和獨(dú)立性 ,外國出現(xiàn)了作為 CAD和 RPamp。M 系統(tǒng)之間橋梁作用的第三方軟件 ,軟件開發(fā)人員一般為個(gè)人或公司 ,軟 件 功能很少。比較著名軟件有很多，比如 CIDES、 Brigeworks,STL 等等。 國內(nèi) RPamp。M 軟件的開發(fā)也進(jìn)行了大量的工作 ,清華大學(xué)激光快速成型中心已經(jīng)開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適應(yīng)性快速 RP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) LARK,該系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分 ,即基于 STL模型三維工藝規(guī)劃子系統(tǒng) ,基于 CLI模型 2 D工藝規(guī)劃子系統(tǒng)和工藝規(guī)則制定和信息管理子系統(tǒng)。華中科技大學(xué)在 POWERSHAPE 直接切片研究、直接切片研究、直接切片在 RPamp。M 中的應(yīng)用 ,RPamp。M 數(shù)據(jù)處理軟件一些技術(shù)問題等 ,進(jìn)行了卓有成效的研究 ,開發(fā)出一系列實(shí)用的軟件。西 安市交通大學(xué)開發(fā)的 LPS 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) ,有 STL 模型顯示控制、參數(shù)設(shè)置、分層處理、支撐添加等功能 ,并在其獨(dú)立開發(fā)的 LPS 和 CPS 系列應(yīng)用于快速成型機(jī)。 熔融沉積 3D 打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 制造各種模具 ,模型 。代替熔模精密鑄造蠟?zāi)?,一般主要用于原型設(shè)計(jì)驗(yàn)證。塑料零件、鑄造蠟?zāi)?,樣件或模型?？焖僦圃煨庐a(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。主要用于專業(yè)領(lǐng)域、桌面級(jí)項(xiàng)目還有待觀察。高端制造業(yè)領(lǐng)域 ,樣品功能測(cè)試、試驗(yàn)和裝配仿真模擬等。 本次設(shè)計(jì)的主要工作 主要設(shè)計(jì)工作 （ 1）絲杠 設(shè)計(jì)； 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 （ 2）導(dǎo)軌 設(shè)計(jì) ； （ 3）框架 設(shè)計(jì)； （ 4）噴頭 設(shè)計(jì)； （ 5） 部分 機(jī)械輔助 控制的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)參數(shù) 噴頭 最大運(yùn)行速度： 80mm/s 最大成型件重量：約為 10kg Z 向定位精度： 加熱 板、 絲杠 以及直線導(dǎo)軌軸等的總重量：約 10kg 噴 頭定位精度： 成型空間： 400*400*300mm 設(shè)計(jì)思路及主要問題 使用分塊設(shè)計(jì)的理念 ,機(jī)械結(jié)構(gòu)分為 XY 掃描系統(tǒng) ,Z 方向移動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)部分。 （ 1） xy 掃描系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 打印機(jī)掃描系統(tǒng)采用精度高 x y 工作臺(tái) ,它驅(qū)動(dòng)光纖和聚焦鏡完成零件的二維 掃描成型。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)掃描頭作 x y平面運(yùn)動(dòng) ,掃描范圍是 400 x400mm,重復(fù)定位精度為 0。 005 mm。為降低質(zhì)量 ,提高響應(yīng)速度 ,選擇鋁材進(jìn)行設(shè)計(jì) ,選擇高轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)。 掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)、 X Y 掃描頭、聚焦透鏡 ,圓柱滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 ,滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)等組成。因?yàn)榛旌喜竭M(jìn)電機(jī)體積小、大轉(zhuǎn)矩和良好的低頻特性 ,運(yùn)行的時(shí)候噪聲小 ,失去電力自鎖等優(yōu)點(diǎn) ,X,Y、 Z 方向都采用這種步進(jìn)電機(jī)。為了減少 X 方向負(fù)載的質(zhì)量、連接板和電機(jī)采用鋁材。 （ 2） Z 軸升降系統(tǒng) 它能完成零件支撐和在 Z 軸方向運(yùn)動(dòng)的功能 ,驅(qū)動(dòng)絲杠上的噴頭上下移動(dòng)。每個(gè)固化一層。 Z 軸帶動(dòng)噴頭上升一層的厚度，這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)零件的堆積 ,確保定位精度。定位精度的好壞直接影響成型零件的尺寸精度和表面光潔度 ,和層與層之間的粘結(jié)性能。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密滾珠絲杠傳動(dòng)和精密導(dǎo)軌導(dǎo)向。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用混合式步進(jìn)電機(jī) ,配合細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路 ,直接連接滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)高分辨率驅(qū)動(dòng) ,消除中間齒輪傳動(dòng) ,既減少了尺寸和減少傳輸誤差。 成形零件時(shí) ,Z 軸經(jīng)常做下降 ,上升運(yùn)動(dòng) ,為了減少運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的誤差 ,方便從加熱板上取下成型零件 ,加熱板必須加工成表面光滑的加熱板的大小要合理。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和熔融沉積 3D打印機(jī)的整體布局設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)熔融沉積 3D 打印機(jī)的整體部分和其它的設(shè)計(jì)。主要用于單件小批量零件和功能模型的快速成型制造 通過畢業(yè)設(shè)計(jì) ,鍛煉我們?cè)谏a(chǎn)應(yīng)用知識(shí)去解決實(shí)際問題 ,能夠獨(dú)立或與同學(xué)合作產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一些實(shí)際應(yīng)用 ,為了提高我們的設(shè)計(jì)能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)也為自己在五年內(nèi)最后檢驗(yàn)一遍大學(xué)的知識(shí)。 提高應(yīng)用手冊(cè)的能力和編寫文件信息的能力 機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 事實(shí) 證明 ,整個(gè) 機(jī)器 傳動(dòng)裝置占了很大的比例。因 此 ,傳 動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)好壞 是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 本次 的設(shè)計(jì) 從電機(jī)到執(zhí)行部分 采取幾種解決方案 :齒輪傳動(dòng) ,普通 V 帶 ,同步帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、絲杠螺母副 等 。 下面將 上述幾個(gè)傳輸方案比較 。 齒輪傳動(dòng)的承載能力和速度范圍 比較大 ,傳動(dòng)比恒定 ,外輪廓尺寸小 ,運(yùn)行可靠 ,效率高 ,壽命長 ,制造安裝精度要求高 ,噪音大 ,成本較高。齒輪齒條傳動(dòng)通常用于 行程較大的 機(jī)床 ,可以得 很 大的傳動(dòng)比 ,容易 得到 高速直線運(yùn)動(dòng) ,剛度和機(jī)械效率高 ,傳輸不夠 平穩(wěn) ,傳輸精度不高。 普通三角皮帶傳動(dòng)的承載能力小 ,傳遞相同的 轉(zhuǎn) 矩 時(shí)結(jié)構(gòu) 尺寸比其他形式 大 ,但穩(wěn)定 ,可以緩沖振動(dòng)、 噪音低、良好的經(jīng)濟(jì) 性能 。 同步帶傳動(dòng) 確保準(zhǔn)確的同步帶傳動(dòng)比 ,傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是速度范圍廣 ,傳動(dòng)比大 ,效率高 (高達(dá) 98%),預(yù)緊力小 ,軸和軸承負(fù)荷小 ,單位長度質(zhì)量很小 ,因此它允許線速度高 ,但制造和安裝精度較高 ,必須按要求 嚴(yán)格中心距。 鏈 傳動(dòng)屬于有中間撓性件 嚙合傳動(dòng)。只能用兩個(gè)平行軸方向 進(jìn)行回 轉(zhuǎn) 和 傳動(dòng) ,不能保證 恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比 。磨損 后容易發(fā)生跳齒 。工作時(shí)有噪音 。不應(yīng)該在負(fù)載變化 大和快速反向傳 動(dòng)中應(yīng)用 。 絲杠螺母副傳動(dòng) ,滾珠絲桿螺母副是滾動(dòng)摩擦 ,摩擦損失小 ,傳動(dòng)效率高 ,可達(dá)到 至 。絲杠和 螺母 預(yù)緊后 ,可以完 全消除 兩者之間的間隙 ,提高傳動(dòng)剛度 ,摩擦阻天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 力小 ,幾乎與速度無關(guān)。能保證 平穩(wěn) 的運(yùn)動(dòng) ,不容易在低速 中 爬行 。不能自鎖 ,可逆性 強(qiáng) 。 綜合比較幾種傳動(dòng)方案最后選擇同步帶傳動(dòng)適合并能滿足步進(jìn)電機(jī)和絲杠之間的連接需要，因此傳動(dòng)裝置選擇同步帶傳動(dòng) 熔融沉積 3 D 打印 機(jī)總體布局設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求加工 尺寸 最大 、 重量、形狀、和傳 動(dòng) 關(guān)系 , 速度、位移、加速度、時(shí)間等一系列的參數(shù)設(shè)計(jì) ,最后得到一個(gè)可以滿足設(shè)計(jì)要求 同時(shí)滿足 各部分之間的相對(duì)位置關(guān)系。主框架的機(jī)械結(jié)構(gòu) ：鋁合金 框架 ,噴頭 、XY 方向的 傳動(dòng) 裝置 (螺絲、導(dǎo)軌 )和輔助裝置 。 步進(jìn)電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)任務(wù) 步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器、功率放大器和電極的一步。步進(jìn)控制器由緩沖器、環(huán)形分配器、控制邏輯及方向控制。功率放大器的作用是控制環(huán)形脈沖放大 ,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。其控制系統(tǒng)如圖 1： 圖 1步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng) 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 CPU、單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào) ,一般脈沖信號(hào)的占空比約為 至 ,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高 ,工作周期越大。 在步進(jìn)電機(jī)控制軟件制作中要解決的一個(gè)重要問題 ,是產(chǎn)生周期性的脈沖序列 ,如下圖所示。從下圖可以看出 ,脈沖是 使用周期時(shí)間 ,脈沖高度 ,打開和關(guān)閉電源來表示的。脈沖高度取決于使用數(shù)字元件電平來決定 ,如普通 TTL 電平為 0 5 v,COMS 電平為 010v 等。常用的接口電路 ,可用 0 到 5 v 打開和關(guān)閉電源的辦法來控制。相應(yīng)的數(shù)據(jù)為例 ,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)數(shù)字線送高電平 (連接 ),步進(jìn)電機(jī)開始一步一步的運(yùn)動(dòng)。但是由于步進(jìn)電機(jī)“一步”是需要一定的時(shí)間 ,所以在發(fā)送高脈沖應(yīng)該延長一段時(shí)間 ,使步進(jìn)電機(jī)在指定的位置。因此 ,使用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一系列的脈沖波由計(jì)算機(jī)生成的。 用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖波是先輸出高電平 ,然后用軟件延遲一段時(shí) 間 ,然后輸出低電平時(shí)間延遲。延遲時(shí)間的長度決定于由步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。 方向控制 脈 沖 沖 負(fù)載 步進(jìn) 電機(jī) 功率 放大器 步進(jìn)控制器 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 上面是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制命令和控制模型 ,如果在相反的順序控制 ,步進(jìn)電機(jī)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此 ,所謂的步進(jìn)電機(jī)的方向控制 ,實(shí)際上是在一個(gè)特定的方式控制 (根據(jù)需要選擇 )中指定的順序發(fā)送脈沖序列 ,可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目標(biāo)方向。