【正文】 高，為了普及3D打印機(jī)很多商家生產(chǎn)出比較廉價(jià)的打印機(jī)，并且邀請(qǐng)那些對(duì)此比較有興趣的人共同開發(fā)，降低生產(chǎn)成本。目前3D打印機(jī)的成型材料多為化學(xué)聚合物，打印出來的物體也大多是激光燒結(jié)后的化學(xué)聚合物。總之要想成功的普及3D打印機(jī)在材料上下功夫是不容忽視的。當(dāng)前3D打印機(jī)的整體體積相對(duì)來說不是很大，這就限制了打印物體的體積大小。3D打印技術(shù)的精度相對(duì)于現(xiàn)在的高精度制造業(yè)來說，還是有很大差距的。3D打印機(jī)的發(fā)展越來越進(jìn)步的同時(shí)，外界對(duì)其的要求也會(huì)越來越高。研究人員需要花很大的時(shí)間去學(xué)習(xí)這些領(lǐng)域，也要相互合作才能達(dá)到目的。第五，市場(chǎng)。要想產(chǎn)生大的經(jīng)濟(jì)效益就要占領(lǐng)足夠的市場(chǎng)份額，目前3D打印機(jī)不像二維打印機(jī)那么普遍。[1] 根據(jù)國際快速制造行業(yè)權(quán)威報(bào)告《Wohlers Report 2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～%的年均增長速度。[1] 但3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機(jī)造價(jià)仍普遍較為昂貴，給其進(jìn)一步普及應(yīng)用帶來了困難。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。 Gartner公司2011年發(fā)布的最新技術(shù)發(fā)展展望報(bào)告判斷：3D打印技術(shù)目前正在進(jìn)入概念炒作的高峰階段，其技術(shù)還有待充分成熟，主流市場(chǎng)也有待進(jìn)一步培育。在這一較為漫長的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)可能會(huì)面臨增長期望落空、技術(shù)遭遇瓶頸以及投資撤離等風(fēng)險(xiǎn)。因此，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對(duì)3D打印領(lǐng)域的投入應(yīng)以加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進(jìn)和儲(chǔ)備為主，尤其要重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建設(shè)和維護(hù)，爭取在未來的市場(chǎng)競爭中占據(jù)有利地位。 隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。 提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。 Solidworks軟件介紹 SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。該系統(tǒng)在19951999年獲得全球微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)評(píng)比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國際大獎(jiǎng)，其中僅從1999年起，美國權(quán)威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。 由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。公司原來的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以一千三百萬美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。 由于使用了Windows OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。在教育市場(chǎng)上，每年來自全球4，300所教育機(jī)構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過SolidWorks的培訓(xùn)課程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用戶每年使用SolidWorks的時(shí)間已達(dá)5500萬小時(shí)。 Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上可以用SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。 在目前市場(chǎng)上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。 在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。“全動(dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟，減少了多余的對(duì)話框，從而避免了界面的零亂。屬性管理員包含所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。SolidWorks資源管理器是唯一一個(gè)同Windows資源器類似的CAD文件管理器。用戶可以直接從特征模板上調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的零件和特征，并與同事共享。 配置管理是SolidWorks軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨(dú)特的一部分，它涉及到零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖。 SolidWorks 提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同工作。eDrawings是一種極度壓縮的、可通過電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件。三維托管網(wǎng)站是SolidWorks提供的一種服務(wù)，你可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，快速地查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。用3D Meeting通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地協(xié)同工作。NetMeeting的技術(shù)而開發(fā)的專門為SolidWorks設(shè)計(jì)人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計(jì)和修改零部件。SolidWorks 可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng)，并且可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來完成諸如將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中，而同時(shí)按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。智能化裝配技術(shù)能夠自動(dòng)地捕捉并定義裝配關(guān)系。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)你修改圖紙時(shí)，三維模型、各個(gè)視圖、裝配體都會(huì)自動(dòng)更新。增強(qiáng)了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運(yùn)動(dòng)的順序。[14] Solidworks與其他三維制圖軟件的對(duì)比 目前選擇 SolidWorks的最大優(yōu)點(diǎn)就是簡單容易上手，功能比較全面，但是也不需要和專業(yè)的軟件比較的，因?yàn)樗唵我讓W(xué)，功能上能滿足設(shè)計(jì)的需求即可。但他的各種高級(jí)造型功能相對(duì)說來較弱（主要是復(fù)雜曲面幾乎都用CATIA，或者UG解決的 還有行業(yè)因素），但是完全能夠滿足如：機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)等。汽車行業(yè)幾乎都用CATIA。（除了機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)等。SolidWorks與其他三維繪圖軟件比較： Pro/E的性價(jià)比低，而SolidWorks的性價(jià)比高。Pro/ E提升到與SolidWorks差不多的功能時(shí)其價(jià)格是SolidWorks的四倍之多：Pro/E的易用性低，而SolidWorks的易用性高SolidWorks但是Pro/E的建構(gòu)于UNIX系統(tǒng)，必須學(xué)習(xí)二種不同的操作接口：一個(gè)是舊有的下拉式選單，一個(gè)是視窗的操作方式?jīng)]，用起來比較麻煩；就地位而言，SolidWorks目前是口碑不錯(cuò)的3 D制圖軟件，Pro/E是應(yīng)用的范圍和功能相異。 很多人都知道Pro/E的架構(gòu)是屬于“純”參數(shù)的設(shè)計(jì)方式，因此在用Pro/E時(shí)，在繪制零件中最重要的工作變成注意草圖是否已經(jīng)“完全定義”；而這樣的設(shè)計(jì)過程將容易讓整個(gè)設(shè)計(jì)意念因而分心導(dǎo)致影響你的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造力。所以這個(gè)應(yīng)該是SolidWorks最為核心的優(yōu)勢(shì)，讓大家不局限在軟件的使用上，而是專注于設(shè)計(jì)本身。SolidWorks在模具設(shè)計(jì)上遜色于在3D建模方面，大同小異，如果隨便看看，感覺差異很小的，但是如果插入心窩，感覺還是有點(diǎn)差異。 SolidWorks最大的優(yōu)勢(shì)在于易學(xué)易用，很適合新手使用，再說SolidWorks公司是專業(yè)的軟件公司，所以新手用這款軟件還是很好的選擇；在大型裝配、智能設(shè)計(jì)、以及CAE分析方面，solidworks的優(yōu)勢(shì)還是比較明顯的，在這些方面有要求的朋友可以用SolidWorks；在設(shè)計(jì)驗(yàn)證上，做的也是很好，我個(gè)人非常喜歡這個(gè)軟件。經(jīng)常設(shè)計(jì)曲面的朋友可以傾向于UG；UG是快成模具行來的代名詞，越來越多的模具廠在使用UG做為設(shè)計(jì)軟件，對(duì)于選擇其他軟件作為其模具設(shè)計(jì)不多；UG可以實(shí)現(xiàn)G2連續(xù)，可以做到A面的要求也不是問題。而且，工作的內(nèi)容也是選擇軟件的一個(gè)非常重要的理由，所以自己的定位非常重要的。 第三章 3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3D打印機(jī)的參數(shù)打印機(jī)的運(yùn)行尺寸：260260100mm打印的最大范圍：260260100mm標(biāo)準(zhǔn)型材的尺寸：2525mm電機(jī)的轉(zhuǎn)速：3600r/min 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作原理3D打印機(jī)在工作的時(shí)候是中間兩根標(biāo)準(zhǔn)型材是立起的，立起的時(shí)候能提供打印機(jī)在X,Z方向的運(yùn)動(dòng)空間。在打印機(jī)上邊裝有一個(gè)電機(jī)連接絲桿，帶動(dòng)噴頭所在的光桿做Z方向運(yùn)動(dòng)。而Y軸方向是底座的電機(jī)帶動(dòng)底板來回運(yùn)動(dòng)。 框架結(jié)構(gòu)打印機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由大小25x25mm的標(biāo)準(zhǔn)型材構(gòu)成，底座由八根型材組成，這樣的底座穩(wěn)固性非常強(qiáng)，能保證打印機(jī)在工作的時(shí)候不會(huì)發(fā)生搖動(dòng)以至于打印精度下降。噴頭與光桿銜接左右運(yùn)動(dòng)。為了是打印機(jī)工作平穩(wěn)，底座上下兩根型材分別與立桿用連接部件固定，其中上面的型材與部件固定，拆卸時(shí)需擰下螺釘，而下面的型材則與部件通過六角螺栓活動(dòng)鏈接。部件的統(tǒng)一厚度為5mm。 底座支架結(jié)構(gòu)圖底座支架在打印機(jī)中起關(guān)鍵作用，它的運(yùn)動(dòng)決定了底板的運(yùn)動(dòng)。電機(jī)工作通過帶動(dòng)支架在光桿上來回運(yùn)動(dòng)。底座梁支架的作用就是支撐整個(gè)底板和固定光桿、電機(jī)。一邊的支架中間有固定電機(jī)的地方，而且那塊板相對(duì)來說比較厚，因?yàn)橐惺鼙容^大的力，包括電機(jī)自重，和齒形帶的拉力。噴頭的運(yùn)動(dòng)方向是光桿的軸向，為了使噴頭運(yùn)動(dòng)時(shí)不受摩擦力影響，還需在噴頭上套上光桿軸套，保證噴頭能平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。這部分主要介紹X方向噴頭結(jié)構(gòu)的簡單設(shè)計(jì)。 電機(jī)的選擇一、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 PMSM定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理與感應(yīng)電機(jī)是相同的。兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。(同性相斥，異性相吸)Fy和Fs分別是轉(zhuǎn)子、定子的磁勢(shì)或磁密；p為極對(duì)數(shù)。當(dāng)θ為90度角時(shí)，對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩，稱最大同步轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)牛頓第二定律：“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J角加速度角”。如果α變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。 傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。二、打印速度的初步估計(jì) 每打一個(gè)，計(jì)劃在Y軸方向移動(dòng)10次，使寬度達(dá)到361mm=對(duì)此，計(jì)算噴頭走完1個(gè)幅面的時(shí)間T，計(jì)劃彩印周期T秒，暫時(shí)忽略10次Y方向移動(dòng)時(shí)間，有：則10個(gè)來回大約18秒，x軸方向10次加減速，對(duì)應(yīng)總時(shí)間6s。 () () ()式中：Ma——電機(jī)啟動(dòng)加速力矩；m3）；m）η——傳遞機(jī)械效率。 ；；；總傳動(dòng)效率為：180。180。() 導(dǎo)軌磨擦折算至電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩： 需要的輸出力矩為:滿足要求。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。、 176。、176。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，176。、176。、176。、176。、176。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。/10000=176。/131072=。的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素下，我選用了步進(jìn)電機(jī)。 查表選擇11520G型步進(jìn)電機(jī)，、： 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)外形尺寸 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零