【正文】 ........................ 20 熱床 ........................................................................................................................ 22 微動開關(guān) ................................................................................................................ 24 型材 ........................................................................................................................ 25 同步帶和同步帶輪 ................................................................................................ 25 連接件設(shè)計 ............................................................................................................... 27 連接件設(shè)計原則 .................................................................................................... 27 連接件材料選擇 .................................................................................................... 27 結(jié) 論 ............................................................................................................................. 28 參 考 文 獻 ................................................................................................................... 29 致 謝 ............................................................................................................................. 30 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 1 引言 網(wǎng)絡(luò)媒體、雜志、報紙、電視等，到處可以見到有關(guān) 3D 打印技術(shù)的報道。這個技術(shù)實際已有 25年之久，最初只是少數(shù)人在使用，如工程師、設(shè)計師，如今 3D 打印機已經(jīng)開始對每一個人的生活產(chǎn)生影響，更加便宜、便捷、小巧的 3D 打印設(shè)備來到我們身邊，讓每個有不滿足的好奇心 之人，能夠運用 3D 打印機制作出各式各樣的東西。我們通常使用的打印機是在紙上用墨汁或者粉末打印，但是 3D 打印卻不同，其能夠用各種各樣的材料打印出三維實物，甚至可以幾種材料混合打印。 以前的零部件設(shè)計完全取決于生產(chǎn)加工工業(yè)，而通過 3D 打印，可以使零部 件的生產(chǎn)不在考慮生產(chǎn)工藝的問題，因為其可以將任何復(fù)雜的形狀直接打印出來。 雖有不完善的地方，但其具有極大的市場潛能，勢必會成為未來制造行業(yè)眾多突破技術(shù)之一。同時提高綜合運用本專業(yè)所學(xué)的理論知識、生產(chǎn)實踐能力，掌握產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的基本方法和步驟，提高資料收集能力和查閱能力，熟悉機械設(shè)計的標準和規(guī)范。只有等待科技水平的進一步發(fā)展才能更好的使用。在內(nèi)地的一些東部沿海地區(qū)的企業(yè)目前也開始使用進口的3D 打印設(shè)備，通過 3D打印機為客戶提供快速成型服務(wù)，這些服務(wù)包括模具制造、樣品制造、輔助設(shè)計、物品復(fù)原等等。歐美國家的各項領(lǐng)域里已經(jīng)形成的 3D 打印技術(shù)商業(yè)化的模式，特別是電子、航空、汽車制造等等。相對于傳統(tǒng)加工，這項技術(shù)有著更低的成本、更高的效率、更大的柔性。 (2) 有 限空間內(nèi)保障要求行程，采用滑軌形式采用導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)； (3) 靈活裝配的實現(xiàn)形式，采用鋁合金型材、角接件等標件； (4)加熱系統(tǒng)的選擇，采用市場上現(xiàn)有的加熱裝置并在設(shè)計中進行局部改造。 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 3D 打印機 堆積 薄層的形式有多種。即使用打印機噴頭將一層極薄的液態(tài)塑膠物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層 然后被置于紫外線下進行處理。 “熔積成型”技術(shù) 是以薄層成型方式，其工作時先加熱碰頭把材料熔化 ， 再把材料沉積形成薄層 。一個噴頭用于制造模型，另一個頭用于制造支撐，一般來說，模型料細而貴并且沉積效率低，支持料粗而便宜，效率高。比如水溶材料，或者低于模型材料熔點的熱熔材料。 使用“激光燒結(jié)”的技術(shù)，其以粉末微粒作為打印介質(zhì)。 激光燒結(jié)成型過程中會有很多粉塵，這些粉塵會污染工作空間，所以一般使用激光燒結(jié)打印時需要一個獨立的工作空間。能耗大、成本高。這 部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支 撐物便可形成孔隙。熔絲制造的材料成本較低，設(shè)備成本則有所需精度決定，實現(xiàn)起來較為容易，保養(yǎng)維護也很方便。 reprap 系列基本上是三角形的，而 Ultimaker、 Makebot 系列是矩形盒狀， printrbot是矩形支架的。其結(jié)構(gòu)簡單、組裝維修等都很方便，對于光軸等切割的要求不高，需要的部件少。 圖 三角洲結(jié)構(gòu) 3D 打印機 圖 結(jié)構(gòu) 3D 打印機 目前市場上最為普及的機型是矩形盒式結(jié)構(gòu)，從 3D 打印機的發(fā)展來看，這種機械業(yè)是較為完整的。但其裝配較為復(fù)雜，維修困難，部件加工精度要求高，整機成本高。 河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 3 Kossel 3D 打印機機械系統(tǒng)的功能分析與中總體方案設(shè)計 Kossel 3D 打印機的運動過程分析 圖 運動過程原理圖 Kossel 3D 打印機各部件的運動方向如圖所示，當紅色部件（ 即滑塊 ）同時分別運動時，可以使藍色部件 ( 即打印頭 )在一定空間范圍內(nèi)達到任意位置。當三個滑塊同時運動相互配合時，可以使打印頭在水平平面內(nèi)運動，實現(xiàn)一層一層的打印堆疊。 打印頭的功能 本可以采用的是“熔絲成型”的方法原理在構(gòu)建這臺打印設(shè)備，故選擇使用電加熱型噴頭，配合熱熔絲使用。市場上現(xiàn)有噴嘴口徑有 ，可以用于打印不同精度的物體。目前最為常見的的熱熔絲材料有兩種，一種是 PLA（即生物降解塑料聚乳酸；別稱聚乳酸），另一種是 ABS 樹脂。打印時需要熱床，熱床溫度為 110℃，若無熱床則打印件會出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。 PAL 是一種生物材料，在一 定情況下可以降解。 PLA 打印時可以不配熱床，如果想提高打印質(zhì)量可用熱床，溫度設(shè)置在 60℃， PLA 材料的冷卻時間很長，打印時需要在噴頭處配合一個供冷卻用的小風(fēng)扇。 本設(shè)計中，將使用 熱熔絲作為打印機的打印材料，目前市場上的 PLA材料在 68200 元 /盤不等，一盤一般 為 1kg，長約 400m。本設(shè)計中主要運動是滑塊的垂直運動，考慮到的傳動方式主要為兩種，一種是滾珠絲杠螺母傳動，另一種是同步輪同步帶傳動。其機構(gòu)雖然復(fù)雜、制造成本高，但是其摩擦阻力小、傳動效率高，通常高達 92%98%，因此在機電一體化系統(tǒng)中運用廣泛。 對比兩種傳動方式，同步帶傳動成本相對較低，并可以達到較高的轉(zhuǎn)動精度，所以選擇同步帶傳動作為此設(shè)計的傳動方式。當伺服電機工作時，電機上的齒輪旋轉(zhuǎn)同時帶動同步帶運動，同步帶又帶動滑塊運動，從而實現(xiàn)滑塊在導(dǎo)桿上的上下 運動。 第一種為雙導(dǎo)桿滑塊方案，通常采用的是滑動軸承，即采用兩根圓柱形導(dǎo)桿來配合一個滑塊，這種方案的導(dǎo)桿的加工精度低，使得打印精度也低，導(dǎo)桿安裝精度要求高，需要保證兩桿的平行度；但平穩(wěn)性較好，成本低。 總體方案確定 兩種方案相比較，第一種方案雖然精度 不夠高，第二種方案精度更高一些，并且其結(jié)構(gòu)更為簡單可滿足拆解方便、結(jié)構(gòu)小巧的要求，同時調(diào)整維護更為方便，成本較相差不大。 4 Kossel 3D 打印機機械系統(tǒng)詳細設(shè)計 標準件（外購件）選型 步進電機 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或直線位移的一種執(zhí)行元件。步進電機輸出量角位移與輸入量電脈沖個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，即控制了脈沖個數(shù)、頻率和定子通電方式，就可以控制電機轉(zhuǎn)子的角位移、轉(zhuǎn) 速、轉(zhuǎn)向。（ 5）控制性能好，在啟停、反轉(zhuǎn)時不易“丟步”。步進電機的步距角會存在誤差，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)后悔出現(xiàn)誤差的累積，不過當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，累積誤差會消失。 步進電機的選擇計算： 已知：直線平臺垂直方向上運動，見圖 ,重復(fù)定位誤差 ≦ ，平臺運動河北 工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 質(zhì)量為 M=260g=。 平臺向下運動加速度： ）（下 gtv ????a =+=178。 /176。 m 2x 1φ下下 FT ? =? N178。市場上 常用于 kossel 結(jié)構(gòu)