【正文】 總體框架的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)概述系統(tǒng)由輸人設(shè)備制定部分參數(shù),從存儲(chǔ)設(shè)備或者直接從計(jì)算機(jī) 中得到事先建好的三維模型,由單片機(jī)對(duì)模型進(jìn)行分析,切片,建立 必要的支撐結(jié)構(gòu),再?gòu)膯纹瑱C(jī)輸出控制指令,控制噴頭型材料融化,并通過(guò)一定的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī),帶動(dòng)噴頭進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng),并控制噴頭的噴出系統(tǒng)調(diào)節(jié)噴出材料的多少。產(chǎn)品生產(chǎn)廠商用它來(lái)完成對(duì)產(chǎn)品功能的設(shè)計(jì),以避免在大規(guī)模生產(chǎn)后修改設(shè)計(jì)。通過(guò)一層一層堆積的液體和粉末來(lái) 生產(chǎn)物體,可以用來(lái)制造一次性的機(jī)械產(chǎn)品以及模型。 3 D打印機(jī)在9 0年代中期就出現(xiàn)了。例如塑料、橡膠等。 3 D打印機(jī)利用不同的材料打印立體模型,利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù),設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出一個(gè)初步模型之后,例如一座建筑亦或是人工心臟瓣膜,之后通過(guò)3 D打印機(jī) 進(jìn)行打印。其推廣不僅意味著科技的進(jìn)步,更為工業(yè)制造概念增添了新的內(nèi)涵,有著廣闊的發(fā)展前景。2 總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 引言 3 D打印機(jī),專業(yè)領(lǐng)域又稱快速原型機(jī),是數(shù)字化增材技術(shù)。在ViennaUniversityof Technology的一個(gè)研究項(xiàng)目中，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了迄今為止世界上最小的3D打印設(shè)備，并且降低了打印設(shè)備的制造成本，也有望未來(lái)進(jìn)駐家庭在大尺寸領(lǐng)域，在德國(guó)的3D打印公 司發(fā)布了4000x2000x1000mm尺寸的3D打印機(jī)，該款大尺寸3D打印機(jī)使打印大尺寸部件一次成型成為可能【3】。 3D打印速度尺寸及技術(shù)日新月異在速度突破上，2011年，個(gè)人使用3D打印機(jī)的速度已突破了送絲速度300mm每秒的極限，達(dá)到350mm每秒在體積突破上，3D打印機(jī)體積為適合不同行業(yè)的需求，也呈現(xiàn)輕盈和大尺寸的多樣化選擇。 另外，3D打印人體器官的嘗試也正在研究中。 比較典型的包括Open3DP創(chuàng)新小組宣布3D打印在打印骨骼組織上的應(yīng)用獲得成功，利用3D打印技術(shù)制造人類骨骼組織的技術(shù)已經(jīng)成熟。人們紛紛展示了如何3D打印馬鈴薯巧克力小鎮(zhèn)模型，甚至擴(kuò)展到用3D打印汽車和飛機(jī)，3D打印行業(yè)的發(fā)展始終凸顯著創(chuàng)新突破這一關(guān)鍵特質(zhì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 發(fā)展創(chuàng)新與突破3D打印被用作經(jīng)濟(jì)學(xué)人雜志封面，主題為看制造業(yè)新技術(shù)如何改變世界，詳細(xì)介紹了3D打印的歷史和發(fā)展，可見人們對(duì)于3D打印成為一項(xiàng)可以改變世界的影響力日益關(guān)注。 5． 制作成本相對(duì)低。 一個(gè)3D打印系統(tǒng)往往可以實(shí)現(xiàn)不同材料的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。 而3D打印對(duì)于打印的數(shù)量沒(méi)有限制，不管是一個(gè)還是多個(gè)，都可以以相同的成本制作出來(lái)。 3． 可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化制作。 傳統(tǒng)模型制作往往需要經(jīng)過(guò)模具的設(shè)計(jì)模具的制作制作模型修整等工序，制作的周期長(zhǎng)。 目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以0．3mm以下。 3D打印機(jī)的工作原理及特點(diǎn) 3D打印的工作原理三維打印技術(shù)是使用噴頭噴出粘結(jié)劑，選擇性地將零件的截面印刷在材料粉末上面，最后層層將各個(gè)截面粘結(jié)起來(lái). 可用于制造復(fù)雜形狀的模型中空模型，或者制造復(fù)合材料或非均勻材料的模型等.圖1是三維打印成型機(jī)的剖面示意圖. 其工藝是先由鋪粉輥從左往右移動(dòng), 將供粉缸里的粉末在成型缸上均勻鋪上一層． 然后按照計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)好的零件模型，由打印頭在第一層粉末上噴出零件底層截面的形狀, 然后成型缸平臺(tái)向下移動(dòng)一定距離，再由鋪粉輥從供粉缸中平鋪一層粉末到剛才打印完的粉末層上，然后再由打印頭按照第二層截面的形狀噴灑粘結(jié)劑，層層遞進(jìn)，最后得到的零件整體是由各個(gè)橫截面層層重疊起來(lái)的. 圖1 三維快速打印技術(shù)工作原理示意圖 3D打印的主要工作流程如圖2所示, 其中3D建模是3D打印的前提，相當(dāng)于平面印刷中的原稿，3D建模質(zhì)量的好壞決定了3D打印的質(zhì)量. 一般現(xiàn)有的3D建模軟件都可以實(shí)現(xiàn)建模，比如CADPro/e等矢量建模軟件，都可以輕易地實(shí)現(xiàn)3D建模. 3D分割將建立的3D模型分成一個(gè)個(gè)的薄片，每個(gè)薄片的厚度由噴涂材料及打印機(jī)的結(jié)構(gòu)決定, 厚度一般為幾十微米到幾百微米不等. 分割工序也是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，類似于打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序. 噴墨打印中將成型材料一層層噴涂在基材上. 目前比較流行的做法是先噴一層膠水,然后再在上面撒一層粉末，如此反復(fù), 噴頭一般可采用噴墨打印機(jī)的噴頭， 目前也有一些設(shè)備廠商提供專用的噴頭. 打印完成后，還需要對(duì)打印出來(lái)的3D模型進(jìn)行后處理，比如固化處理剝離模型的修整等等，最終完成所需要的模型的制作. 3D打印的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)模型制作相比，3D打印具有傳統(tǒng)模具制作所不具備的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)如下: 1． 制作精度高。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。如受到概念炒作影響，在技術(shù)尚未充分完善的現(xiàn)階段大規(guī)模投入產(chǎn)能擴(kuò)張，則投資回報(bào)將面臨著較大的風(fēng)險(xiǎn)?？傊?，從中長(zhǎng)期看來(lái)3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，對(duì)于3D打印市場(chǎng)規(guī)模的短期發(fā)展不宜過(guò)分高估。Gartner公司研究人員認(rèn)為，3D打印技術(shù)成熟到適應(yīng)市場(chǎng)需求還將需要5～10年的時(shí)間。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制和擴(kuò)散，制造業(yè)面對(duì)的盜版風(fēng)險(xiǎn)大增，現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的需求。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。報(bào)告預(yù)期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來(lái)仍將持續(xù)較快地增長(zhǎng)，到2016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到31億美元，2020年將達(dá)到52億美元【2】。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)。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。但總體而言，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比還有較大差距。 國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個(gè)性化消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)。 目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。繼2011年5月收購(gòu)Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月與以色列著名3D打印系統(tǒng)提供商Objet宣布合并。于2011年11月收購(gòu)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。此外，在此領(lǐng)域具有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力和特色的企業(yè)、研發(fā)團(tuán)隊(duì)還有美國(guó)的FabHome和Shapeways、英國(guó)的Reprap等。目前國(guó)際上較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25mm厚度的垂直速率，并可實(shí)現(xiàn)24位色彩的彩色打印。如今這一技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們用它來(lái)制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。3D打印機(jī)則出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。3D打印技術(shù)應(yīng)用面廣，它可以用于醫(yī)療行業(yè)、科學(xué)研究、產(chǎn)品模型、建筑設(shè)計(jì)、制造業(yè)及食品等，前景廣泛。這就勢(shì)必造成我們對(duì)物品的要求也會(huì)越來(lái)越高，做工精細(xì)、獨(dú)特且非量產(chǎn)的物品會(huì)受廣大人們的喜愛(ài)。 social manufactureI引言 rapid prototyping。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 目 錄摘要..............................................................................................................................ⅠAbstract.........................................................................................................................Ⅱ引言 2 1緒論 2 國(guó)內(nèi)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2 國(guó)外3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 2 國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)的研究現(xiàn)狀 3 3D打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3 3D打印產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展前景 3 3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì) 4 3D打印機(jī)的工作原理及特點(diǎn) 4 發(fā)展創(chuàng)新與突破 62 總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 引言 7 總體框架的設(shè)計(jì) 8 溫度控制回路的設(shè)計(jì) 8 XYZ三方向控制電機(jī)的設(shè)計(jì) 9 噴頭移動(dòng)及噴出量調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì) 93 機(jī)械結(jié)構(gòu) 10 傳動(dòng)方式的選擇 10