【正文】 面帶有粘膠的箔材或紙材通過相互粘結(jié)而成形。人們可以在家中完成自己的設(shè)計(jì)，通過Meshmier里的3D打印平臺服務(wù)將模型文件送到離家最近的3D打印服務(wù)公司，公司按照顧客的設(shè)計(jì)要求完成3D模型的打印，這如今在國外已經(jīng)形成了一個商業(yè)鏈，目前國內(nèi)還沒有發(fā)展，相信在不久的將來，國內(nèi)的3D打印技術(shù)也會不斷占領(lǐng)市場的份額，到時候3D打印一定會成為現(xiàn)在制造業(yè)不可或缺的一部分。另外國內(nèi)生產(chǎn)的3D打印機(jī)在材料，框架結(jié)構(gòu)和打印精度上還不能夠滿足消費(fèi)者的需求，這也是現(xiàn)階段國內(nèi)做3D打印公司遇到的阻力與挑戰(zhàn)。3D打印技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展，這樣的技術(shù)幾乎可以打印出任何我們所能看得到的東西，可見3D打印技術(shù)已不復(fù)當(dāng)年，現(xiàn)在的打印精度還是相當(dāng)好的。在醫(yī)療領(lǐng)域上，已經(jīng)有人通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了器官的打印，打印的器官可以直接植入人體，并且不會導(dǎo)致排斥。[2]它作為一種新興的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域范疇，比如現(xiàn)代制造業(yè)，醫(yī)療領(lǐng)域，航天航空領(lǐng)域，工程材料領(lǐng)域，還有化工技術(shù)領(lǐng)域等。盡管3D打印有如此大的突出之處，但還不夠盡善盡美。另外3D打印的迅速發(fā)展同時也為現(xiàn)代制造業(yè)帶來了一場新的科技革命，因?yàn)?D打印技術(shù)不像傳統(tǒng)的機(jī)加工生產(chǎn)需要依賴生產(chǎn)的工藝性，它可以傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝直接快速成型所需要的產(chǎn)品模型?；贑AE分析的簡易3D打印機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 IAbstract II1 緒論 1 3D打印技術(shù)的發(fā)展背景及現(xiàn)狀 1 3D打印技術(shù)的種類 1 3D打印機(jī)及簡易3D打印機(jī)的概述 2 3D打印機(jī)的發(fā)展帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 3 本次設(shè)計(jì)的主要工作 3 簡易3D打印機(jī)指標(biāo) 3 主要的設(shè)計(jì)工作 4 設(shè)計(jì)思路及主要問題 42 簡易3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 工作原理 5 3D打印機(jī)的組成 5 框架結(jié)構(gòu) 5 底座的設(shè)計(jì) 6 底座角件的設(shè)計(jì) 6 鋁型材的選擇 6 底座整體結(jié)構(gòu) 7 支架的設(shè)計(jì) 8 直線光軸許用彎曲應(yīng)力的計(jì)算 8 直線光軸材料的選擇 9 頂框的設(shè)計(jì) 10 頂框角件的設(shè)計(jì) 10 鋁型材的選擇 11 頂框整體結(jié)構(gòu) 11 送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 擠出機(jī)座設(shè)計(jì) 11 U型滾動軸承的選型 12 快速接頭的選擇 12 擠出機(jī)設(shè)計(jì)及相關(guān)部件選型 12 送絲機(jī)構(gòu)整體機(jī)構(gòu) 13 打印機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 步進(jìn)電機(jī)的選型 13 同步輪的選型 15 同步帶的選取 16 深溝球軸承的選型 16 直線軸承的選型 18 滑動座的設(shè)計(jì) 18 萬向節(jié)的設(shè)計(jì) 19 中心平臺的設(shè)計(jì) 19 推桿的設(shè)計(jì) 20 噴頭座的設(shè)計(jì) 22 散熱風(fēng)扇的選型 22 噴頭裝置的設(shè)計(jì) 22 打印機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu) 243 CAE結(jié)構(gòu)分析 25 CAE技術(shù) 25 CAE軟件 25 CAE分析對象 25 Ansys有限元分析過程 25 前處理 25 有限元分析 29 后處理 32結(jié)論 36致謝 37參考文獻(xiàn) 381 緒論 3D打印技術(shù)的發(fā)展背景及現(xiàn)狀3D（Three Dimensions）打印技術(shù)是一種通過材料逐層添加形成三維物體的具有劃時代變革的技術(shù)。[1]目前3D打印技術(shù)在國內(nèi)外還是一個比較新興的領(lǐng)域，具有非常大的市場前景。3D打印不需要任何傳統(tǒng)加工工具，能夠減少很多人力物力，所以3D打印似乎就是在替代一個人在制作產(chǎn)品。3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的代表性技術(shù)之一，越來越受到工業(yè)界和投資界的關(guān)注。在現(xiàn)代制造領(lǐng)域上，3D打印技術(shù)的推行使得現(xiàn)代制造業(yè)有了更多的革新，通過3D打印技術(shù)可以使產(chǎn)品制造效率不斷挺高，為現(xiàn)代制造業(yè)注入新鮮血液。在航天航空領(lǐng)域上，3D打印技術(shù)可以快速的打印出飛機(jī)的機(jī)翼以及一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的發(fā)動機(jī)，而這些都是傳統(tǒng)制造所不能企及的。目前國內(nèi)很多家做3D打印的公司都相繼研制開發(fā)了屬于自己的3D打印機(jī)，雖然機(jī)器的生產(chǎn)和銷量還不能與國外大型做3D打印的公司相媲美，但還是取得了一些階段性的突破。目前3D打印技術(shù)在西方國家已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了商業(yè)、制造業(yè)。 3D打印技術(shù)的種類（1）光敏液相固化技術(shù)光敏液相固化技術(shù)SLA（SteroLightgraphy Apparatus）又稱光刻成型、立體印刷、或光造型等，它的工作原理就是通過紫外線照射，將液態(tài)光敏樹脂固化成型，通過層層固化而完成整個三維產(chǎn)品的制造，SLA成型工藝的特點(diǎn)是精度高，表面質(zhì)量好，材料利用率高，能制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外觀精細(xì)的零件產(chǎn)品，但是SLA成型工藝相應(yīng)的制造成本也非常高，而且打印零件產(chǎn)品的規(guī)格也不能太大。在計(jì)算機(jī)的控制下，二氧化碳激光束對最上層箔材或紙材的二維截面進(jìn)行掃描切割，再將輪廓外的廢料切割出方形小格，以后每粘結(jié)切割一個截面層，工作臺自動下降一個截面層，然后重復(fù)，直到整個三維零件。（3）選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)SLS（Selctive Laser Sintering）是利用激光的光束能量，燒結(jié)粉末材料通過逐層添加成型的方式成型三維模型。（4）熔絲沉積成型技術(shù)熔絲沉積成型技術(shù)FDM（Fuse Deposition Molding）是通過噴頭擠出一束非常細(xì)的熱熔塑料絲，從打印平臺的最底層開始，按照切片軟件導(dǎo)出的二維切片程序，一層一層逐層堆積打印，最后得到設(shè)定好的三維產(chǎn)品模型。缺點(diǎn)是打印需要支撐的材料，打印耗時較長。它是3D領(lǐng)域的一種前瞻性產(chǎn)品，目前成為一種潮流正迅猛發(fā)展。隨著3D打印技術(shù)的不斷成長進(jìn)步與普及發(fā)展，3D打印機(jī)不僅大量地出現(xiàn)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)，而且逐漸可以應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，汽車輪船領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域等。當(dāng)下市場上出現(xiàn)了越來越多的簡易式3D打印機(jī)，它跟一般的3D打印機(jī)最大的差別就在于它的便攜易于擺放，簡易3D打印機(jī)突破了一般3D打印機(jī)需要固定在一個空間工作的限制，這極大地提高了3D打印機(jī)的實(shí)用性和便捷性。簡易3D打印機(jī)，它的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，空間友好，即使在比較小的空間下也能夠?qū)崿F(xiàn)3D模型的快速成型（即3D打?。?，這樣可以讓3D打印機(jī)更好地走向在家庭或者辦公室，將為3D打印技術(shù)的普及帶來巨大的意義。其中3D打印機(jī)的制造價(jià)格，打印的耗材，打印精度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面還需要很多研究突破的地方，所以說3D打印機(jī)的出現(xiàn)，既要面臨很多的困難與問題。3D打印機(jī)的制造成本比較高，從一臺3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到材料購買，組裝，測試校核等步驟使得3D打印機(jī)的成本大大提高，為了普及3D打印機(jī)很多商家研制生產(chǎn)簡易的3D打印機(jī)，它的結(jié)構(gòu)簡單，能夠完成基本的3D模型成型，制造成本低。目前3D打印機(jī)的成型材料多為化學(xué)聚合物，打印出來的3D模型也大多是激光燒結(jié)后或者熔絲沉積后的化學(xué)聚合物，所以如果想要3D打印有著更多廣泛的應(yīng)用，還需要開發(fā)不同的材料才行。第三，打印精度方面的問題。第四，研究開發(fā)方面。不僅僅是滿足目前打印幾個簡單的3D模型，更重要的是應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)加工中，比如說面包房要打印出一些特殊的食物，醫(yī)院要打印出蛀牙患者的牙齒等，這些都要求非常高的技術(shù)。大家都知道開發(fā)一種產(chǎn)品除了要服務(wù)于大眾，還有一個很重要的目的是產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益?；蛘哒f3D打印機(jī)很少人會用得上，這就需要研發(fā)者研發(fā)出更多實(shí)用簡易的3D打印機(jī)走進(jìn)千家萬戶。 本次設(shè)計(jì)的主要工作 簡易3D打印機(jī)指標(biāo)其中簡易3D打印機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有：打印的最大范圍：160mm160mm170mm 最大打印速度：120 mm/s打印量：20g/h標(biāo)準(zhǔn)型材的尺寸：20mm20 mm底座高度：47 mm 主要的設(shè)計(jì)工作（1）底座設(shè)計(jì)；（2）頂框設(shè)計(jì)；（3）支架設(shè)計(jì)；（4）送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；（5）打印機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。需要解決的主要問題：（1） 設(shè)計(jì)并確定簡易3D打印機(jī)的整體外部框架結(jié)構(gòu)，以及選用的型材尺寸規(guī)格，底座零件的壓應(yīng)力計(jì)算以及非標(biāo)件材料的選擇。（3） 解決簡易3D打印機(jī)的送絲機(jī)構(gòu)中擠出機(jī)以及擠出輔助非標(biāo)件的設(shè)計(jì)和材料的選擇。（5） 基于CAE分析，分析簡易3D打印機(jī)中重要零件所受應(yīng)力的情況并校核設(shè)計(jì)的是否符合設(shè)計(jì)要求。還有一個步進(jìn)電機(jī)是用于送絲機(jī)構(gòu)上的，作用是將絲材送進(jìn)預(yù)熱的噴頭內(nèi)，使絲材擠出成型。 框架結(jié)構(gòu)打印機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由大小20mm20mm的標(biāo)準(zhǔn)鋁型材構(gòu)成，底座主要由6個20mm20mm鋁型材和3個角件底座組成，型材與角件通過M3的內(nèi)六角螺釘和螺母連接，整個底座成三角形結(jié)構(gòu)，這樣的底座穩(wěn)定性及牢固性都非常強(qiáng)，能夠保證3D打印機(jī)在工作時，工作平臺會很平穩(wěn)，提高3D打印機(jī)的打印精度。三角洲式3D打印機(jī)Z軸方向的傳動是通過打印機(jī)X、Y、Z三個塔的步進(jìn)電機(jī)同步運(yùn)行來完成的。而打印機(jī)構(gòu)在XOY平面上的運(yùn)動則需要通過X、Y、Z三個塔步進(jìn)電機(jī)的配合運(yùn)動來完成。 底座的設(shè)計(jì) 底座角件的設(shè)計(jì)底座角件結(jié)構(gòu)示意圖見圖21，該結(jié)構(gòu)的主要作用是支撐工作平臺和連接鋁型材、直線光軸以及步進(jìn)電機(jī)的。3D打印機(jī)總質(zhì)量M = 5Kg ，角件總底面積A= 31770 mm^2，所受壓應(yīng)力公式見式（）[6] 式（）式中 ——代表壓應(yīng)力；——代表壓力；A——代表底面截面面積。得 σ = Pa 。而且PLA材料是一種聚乳酸，它的原料來自于植物，屬于生物可降解材料，綠色環(huán)保，同時也具有較強(qiáng)的硬度和剛度，并且PLA材料的零件可以通過FDM型3D打印機(jī)快速成型，極大地方便了底座角件結(jié)構(gòu)的制造。表21 鋁型材性能參數(shù)表材質(zhì)及狀態(tài)6063T5抗拉強(qiáng)度180MPa屈服強(qiáng)度