【導(dǎo)讀】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。高裝配精度，打印精度，使機(jī)構(gòu)小巧、緊湊，制造成本低，使用壽命長(zhǎng)的機(jī)型。基本方法和步驟，提高資料收集能力和查閱能力，熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

　　

【正文】 AUx2 接口，提供 3 個(gè) 5V輸出、 3 個(gè) 12V輸出接口。 參考圖： 圖 控制板尺寸 噴頭 噴頭的作用是將進(jìn)料裝置送來(lái)的料熔化，然后從噴嘴擠出。噴頭包括以下幾個(gè)部分：噴嘴、加熱裝置、冷卻裝置、風(fēng)扇。通常市場(chǎng)上可以直接買到除風(fēng)扇外的一整套噴頭部件，但也可以分開(kāi)購(gòu)買。一個(gè)噴頭的價(jià)格在 60 元左右，噴嘴的口徑是可選的河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 有很多種。 噴頭詳細(xì)信息： （ 1）內(nèi)置鐵氟龍管是指喉管 (進(jìn)料管 )內(nèi)置鐵氟龍管 （ 2）適用于 （ 3）噴嘴默認(rèn)配 。如果親需要其他口徑的請(qǐng)?jiān)趥渥⒗镎f(shuō)明標(biāo)注一下，可供選擇的噴嘴口徑有 （ 4）重量大約 克 （ 5） 3D 打印機(jī) 6x20 單頭電熱管加熱管打印頭加熱頭 12V40W 參考圖 : 圖 噴頭結(jié)構(gòu) 風(fēng)扇詳細(xì)信息： 規(guī)格尺寸： 40x40x10mm 工作電 壓 : 12V 電 流： 額定電流： 60ma 轉(zhuǎn)速： 5000rbm 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 噪音： 18dBA 接線：二線長(zhǎng) 20CM25cm左右 重： 13g 參考圖： 圖 熱床 熱床可以有效增加打印件的黏著力并防止翹邊，適合用于打印 ABS 等材料，也可以用于改善 PLA 的打印效果。不同材料收縮率不同，所以翹邊程度也不同，但是有一點(diǎn)可以肯定，翹邊是必然的， 但能夠減輕翹邊的影響。 熱床的市場(chǎng)價(jià)格為 60 元左右。 熱床參數(shù)： 加熱直徑： 20cm 外圍直徑： 22cm 工作電壓： 12v 熱床型號(hào)： MK2aY 熱床為何能夠減小翹邊 熱床不能根除翹邊，只能減弱。主要原理是，通過(guò)加熱熱床，讓打印件維持在一個(gè)較高的溫度（ PLA 60℃ ABS100 攝氏度），防止在打印過(guò)程中材料冷卻，模型翹河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 邊。 熱床性能分析 （ 1）聚酰亞胺加熱片（黃色軟的，可以加膠帶那種），加熱不均勻，容易損壞，需要加 3M 膠帶固定到鋁板上，需要定做 （ 2）加熱棒和鋁板 加熱不均勻，鋁板需要很 厚 （ 3） PCB 熱床，是目前最好的熱床，加熱均勻，可以不加鋁板，可以增加手動(dòng)調(diào)平，工作穩(wěn)定，不易損壞。 四、 PCB 熱床原理 PCB 熱床主要靠電阻熱效應(yīng)來(lái)加熱的，電流通過(guò)電阻，會(huì)發(fā)熱， P=(UxU)/R,通常加熱功率為 120W,在 12V電壓條件下，電阻約為 1 歐姆，電流 10A。根據(jù)公式，點(diǎn)提高，將會(huì)大幅度提高加熱功率。所以使用時(shí)候不要隨意提高供電電壓，以免發(fā)生危險(xiǎn)。 五、熱床使用指導(dǎo) （ 1）供電電壓與熱床的額定電壓要相同，或者略高，不能高出太多，電壓提高一倍，熱床功率將升高為原來(lái)的 4 倍，這會(huì)引起過(guò)熱、燒毀其他 元件的危險(xiǎn)情況。 （ 2） 要閉環(huán)使用熱床，就是要有溫度測(cè)量加上反饋加上溫度控制，主板一般都帶著溫度控制系統(tǒng)，而熱床上已經(jīng)焊接了熱敏電阻。 （ 3）熱床溫度升高太慢時(shí)，可以提高一點(diǎn)點(diǎn)供電電壓，例如 12v 熱床，用 15V供電，功率會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的 倍。 （ 4）配線一定要足夠粗， 10A 電流，推薦 平方毫米線徑。 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 圖 微動(dòng)開(kāi)關(guān) 微動(dòng)開(kāi)關(guān)是由規(guī)定行程和規(guī)定力進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的具有微小觸點(diǎn)的快動(dòng)機(jī)構(gòu)。 Kossel 結(jié)構(gòu) 3D 打印機(jī)中使用到 4 個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，分別是 3 個(gè)零位， 1 個(gè)調(diào)平。所選用的微動(dòng)開(kāi)關(guān)為 OMRON SS5GL。 使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)上有以下幾個(gè)注意事項(xiàng)： （ 1） 安裝微動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，使用 的螺栓固定，需要扭矩為 矩，同時(shí)為防止螺栓松動(dòng)，可以使用墊圈。 （ 2） 微動(dòng)開(kāi)關(guān)在自由狀態(tài)下使用時(shí) ，應(yīng)在按鈕垂直方向上，不應(yīng)直接作用與按鈕或者激勵(lì)器上。 （ 3） 注意不要把執(zhí)行裝置設(shè)置在限度位置上，否則會(huì)在開(kāi)關(guān)過(guò)行程時(shí)產(chǎn)生沖擊，縮短壽命。 （ 4） 在小電流、電壓下使用時(shí)，使用小功率電路。 詳細(xì)信息： 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 圖 型材 構(gòu)成 3D 打印機(jī)的支架，主要起到支持執(zhí)行裝置的作用，由于執(zhí)行裝置質(zhì)量較輕并考慮方便導(dǎo)軌的安裝，故選用 20x20 的鋁合金型材。 圖 同步帶和同步帶輪 同步帶和同步帶輪是間 接驅(qū)動(dòng)（即電機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置。同步輪與同步帶齒距相同，運(yùn)動(dòng)時(shí)同步輪與同步帶的齒相互嚙合傳遞力和運(yùn)動(dòng)，其具備了皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)的有點(diǎn)。使用同步輪可以提高傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，工作過(guò)程中無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比較穩(wěn)定；傳動(dòng)平穩(wěn)可以減震、緩沖、降噪；其傳動(dòng)效率較高，節(jié)能效果較好；相比河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 鏈傳動(dòng)，同步帶傳動(dòng)更易維護(hù)保養(yǎng)，不用潤(rùn)滑降低了維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)其傳動(dòng)速度比范圍大，具有較大范圍的功率傳遞性能；相比起齒輪傳動(dòng)，其可以長(zhǎng)距離傳遞力和運(yùn)動(dòng)，并且在工作環(huán)境較為惡劣的地方正常工作。 kossel 結(jié)構(gòu) 3D 打印機(jī)常用的是 GT26mm橡 膠開(kāi)口同步帶以及相應(yīng)的同步帶輪。 （ 1）同步輪參數(shù)： 型號(hào) :2GT6mm 齒數(shù)： 16 齒 內(nèi)孔： 5mm 齒距： 2mm 單個(gè)重量約 3 克 （ 2） 同步帶參數(shù)： 型號(hào) :2GT 齒距 :2mm 寬度 :6mm 此設(shè)計(jì)中由于打印機(jī)的同步帶輪，從動(dòng)輪的垂直方向位置不能精確確定，故使用開(kāi)式同步帶，連接方式見(jiàn)圖 ，最后再次調(diào)整從動(dòng)輪的位置以張緊同步帶。 圖 同步帶 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 圖 同步輪 連接件設(shè)計(jì) 連接件設(shè)計(jì)原則 連接件作為組成整臺(tái)設(shè)備不可缺少的元件，需要滿足如下一些要求： （ 1） 在預(yù)期工作年 限內(nèi)可以可靠工作。 （ 2） 在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生失效，即強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等滿足必要條件。 （ 3） 在滿足使用要求情況下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化降低制造工藝和裝配工藝要求。 （ 4） 盡量降低制造成本。 連接件材料選擇 一般情況下，根據(jù)零件的受力情況，零件的重要程度等對(duì)零件使用相應(yīng)材料。如果尺寸受限時(shí)應(yīng)使用強(qiáng)度較高的材料；靜力作用下的零件應(yīng)選屈服極限高的材料；應(yīng)力不均的零件應(yīng)用疲勞強(qiáng)度高的材料；高溫工作下的零件選用耐熱的材料；腐蝕環(huán)境工作的零件選用耐腐蝕的材料等。 本設(shè)計(jì)中的連接由于結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，使用普通機(jī)加工方法加工過(guò)程較多， 成本較高，為降低成本選用注塑、鑄鋁或者 3D 打印，使用的材料分別為塑料、鋁合金、 PLA。 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 結(jié) 論 3D打印機(jī)是一個(gè)種類繁多、發(fā)展迅速的巨大領(lǐng)域，隨著科技的不斷進(jìn)步它將能使用更多種類的來(lái)料打印出，人們意想不到的東西。 3D打印將會(huì)在制造業(yè)中不斷進(jìn)化，從而在某一天給制造業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)革命，更加節(jié)能、環(huán)保、方便、快捷、簡(jiǎn)便、個(gè)性化的制造方式使人們擁有與眾不同的體驗(yàn)。此次通過(guò)對(duì) Kossel 3D 打印機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)得出以下結(jié)論： （ 1） 在 kossel3D 打印機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)中，對(duì)傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)外形、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行 裝置等進(jìn)行了詳細(xì)分析和選擇，最后選用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步帶輪的方式構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。 （ 2） 在這次設(shè)計(jì)中，采用 reprap 開(kāi)源打印機(jī)中的 delta 機(jī)構(gòu)，在保證工作空間的同時(shí)，盡量使整體結(jié)構(gòu)尺寸縮小，并保障裝配精度和打印精度。 （ 3） 實(shí)現(xiàn)了 3D 打印機(jī)的靈活裝配、改造要求，只需要更換少數(shù)部件就可以改變打印機(jī)的工作范圍。 （ 4） 設(shè)計(jì)中盡可能控制了單臺(tái)打印機(jī)的制造成本，使得個(gè)人擁有一臺(tái) 3D打印機(jī)成為可能。 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 參 考 文 獻(xiàn) 1 張建民等 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 第 2版 .北京理工大學(xué)出版社， 2021 2 成大先主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì) 手冊(cè) . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 3 《電氣工程師手冊(cè)》第二版編輯委員 . 電氣工程師手冊(cè) . 第 2版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 4 SMC 氣動(dòng)元件選型手冊(cè) 5 OMRON 電氣元件選型手冊(cè)等 6 Brian Evans. 《解析 3D 打印機(jī)： 3D 打印機(jī)的科學(xué)與藝術(shù) 》 . 第一版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 7 馮清秀 鄧星鐘等編 .機(jī)電傳動(dòng)控制 .第五版 .華中科技大學(xué)出版社， 2021 8 張建民 等編 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) .修訂版 .北京理工大學(xué)出版社， 2021 9 王隆太 主編 . 先進(jìn)制造技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出 版社， 2021 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 致 謝 此次設(shè)計(jì)是在老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，非常感謝老師給我提供的指導(dǎo)和幫助，在此設(shè)計(jì)過(guò)程中老師給我提出了很多建議，這些建議給我提供了很大幫助，讓我的設(shè)計(jì)能夠順利的進(jìn)行。老師還給我介紹了參加過(guò)項(xiàng)目的同學(xué)，在經(jīng)過(guò)與這些同學(xué)的交流之后，我對(duì) 3D 打印機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有了 更為深入的了解。同時(shí)感謝給我提供幫助的同學(xué)，通過(guò)與他們交流實(shí)踐，使我的很實(shí)際問(wèn)題得到解決。