Prusa I3型-3D打印机设计.rar

1 一、选题依据一、选题依据 1论文（设计）题目 Prusa i3 型 3D 打印机设计 2研究领域 机械设计 3论文（设计）工作的理论意义和应用价值 3D 打印机技术是机械制造中进行复杂原型或者零件制造的有效手段 3D 打印带来了全世界性制造业革命，它无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数 据中生成任何形状的物体。经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型 ，无论外表面的曲面还是异形孔，都可以真实准确的完成造型，不再需要再借助外部设 备进行修复。从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成 本及风险。到目前为止，各类 3D 打印机设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶 瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。 3D 打印技术已经运用在医疗行业、科学研究、产品原型、文物保护、建筑设计、制造业、 食品产业、汽车制造业和配饰制造等领域中，为这些领域带来革命性的改变。在工业中，3 D 打印机很难用于批量生产，因为对比于传统的工业生产技术还有一定的障碍，所以在 工业中一般用于产品的开发研制，设计师可以把设计好的产品用 3D 打印机很快地制造出来，然后根据实际需要来继续下一步的研发，大大降低了研发的 成本，还提升了研发速度。3D 打印机还可以用于艺术雕塑品的制作，有些工艺设计品难以用传统工艺制造出来，而 利用 3D 打印机，只需把作品的模型参数输入电脑， 打印出来，而且还打破了材料的局限和工艺的限制，使得艺术品更具可观性。 4目前研究的概况和发展趋势 第一台商用的 3D 打印机出现在 1986 年，但 3D 打印技术的真正确立是以美国麻省理工大学的 Scans E.M. 和 Cima M.J.等人于 1991 年申报的关于三维打印专利为标志的。目前，在 3D 打印领域比较著名的公司有 3D System、Z-Corporation、Object Geometries 等。在国外，经过十多年的探索和发展，3D 打印技术有了长足的进步， 目前已经能够在 0.01mm 的单层厚度上实现 600dpi 的精细分辨率。在欧美发达国家， 3D 打印技术已经初步形成了成功的商用模式，如在消费电子业、航空业和汽车制造业 等领域，3D 2 打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细 的造型。 在国内，自 20 世纪 90 年代以来，国内多所高校开展了 3D 打印技术的自主研发。中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造 、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内 3D 技术的研发水平还有较大差距。我国港台地区很多高校和企业都有自己的 3D 打印设备，RP 技术应用更为广泛，但并非自主研发。国产 3D 打 3 印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技 术水平有待进一步提升。 3D 打印既是制造业，更是服务业。3D 打印产业链涉及到很多环节，包括 3D 打印机设备制造商、3D 模型软件供应商、3D 打印机服务商和 3D 打印材料的供应商。因此围绕 3D 打印的产业链会产生很多机会。 随着智能制造，控制技术，材料技术，信息技术等不断发展和提升，这些技术也 被广泛地综合应用与制造工业， 3D 打印技术的发展将体现出精密化、智能化、便捷化以及通用化等主要趋势。提升 3D 打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺 方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能， 以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的 3D 打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别 是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D 打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉， 操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求 ；软件集成化，实现 CAD/CAPP/RP 的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远 程在线制造，拓展 3D 打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。 从长期来看，3D 打印技术其实就是颠覆性、破坏性的技术。尽管 3D 打印主要适用于小批量生产，但是其打印的产品可以远远优于传统制造业生产的产 品更轻便、更坚固、定制化、直接组装成型。3D 打印的另一个颠覆性特征是：单台机器能创建各种完全不同的产品。而传统制造方式 需要改变流水线才能完成定制生产，其过程需要昂贵的设备投资和长时间的工厂停机 。不难想象，未来的工厂可以用同一个车间的 3D 打印机既制造茶杯，又制造汽车零部件和量身定制的医疗产品。 4 二、论文（设计）研究的内容二、论文（设计）研究的内容 1.重点解决的问题 （1）3D 打印机总体结构方案设计 （2）3D 打印机传动方案设计计算 （3）3D 打印机挤出机喷头设计 2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） 通过设计计算，CAD/SOLIDWORKS 绘图，查阅设计手册，参考文献等相关设计资料，进行 3D 打印快速模型制造设备的设计并最终完成 3D 打印机的零件图、装配图、CAD 图及相关设计说明书。 论文写作大纲： 1绪论 1.1三维打印技术简介 1.23D 打印机概述 1.3国内外 3D 打印机技术水平及发展概况 1.43D 打印机工作原理及过程 1.5设计思路及主要问题 2. 总体设计方案选择 3. 3D 打印机机械结构设计 3.1总体框架设计 3.2X、Y 轴传动方案设计 3.3Z 轴传动方案设计 3.4喷头、挤出机设计 3.5X、Y、Z 轴限位方式设计 4. 传动元件及传感器选择 4.1丝杠选择 4.2伺服电机和步进电机对比选择 4.3限位传感器选择 4.4温度传感器选择 5. 总结 3.本论文（设计）预期取得的成果 （1）3D 打印机总体设计方案 （2）3D 打印机结构设计计算 （3）3D 打印机 CAD 图纸 （4）3D 打印机 SW 装配建模 5 三、论文（设计）工作安排三、论文（设计）工作安排 1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数） ； 对 3D 打印机结构进行研究，结合实际设计合理的机构并进行计算，并选择合理的传动方式 ，最终完成对 3D 打印机的研究。 2.论文（设计）进度计划 第1周：查阅相关文献资料，了解设计内容； 第2周：初步方案设计； 第3周：总体方案设计； 第4周：撰写并完善开题报告； 第 56周：3D 打印机喷头部分研究设计； 第 79周：3D 打印机设计各部分零部件设计计算； 第10周：3D 打印机设计各部分零部件设计计算； 第 1112 周：绘制相关图纸； 第13周：撰写设计说明书； 第14周：完善毕业设计各项内容，准备答辩。 四、需要阅读的参考文献四、需要阅读的参考文献 1 廖汉元,孔建益.机械原理M.北京:机械工业出版社,2012. 2 濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计(第九版)M.北京:高等教育出版社,2013. 3 成大先.机械设计手册M.北京:化学出版社,2002. 4 程光仁等.滚珠螺旋传动设计基础M.北京：机械工业出版社,2007. 5 刘厚才,莫健华.三维打印快速成形技术及其应用J机械科学与技术,2008,(9):12-14. 6 饶振刚,田勇卫.滚珠丝杠副及自锁装置M.北京：国防工业出版社,1990. 7 徐进.丝杠升降机构传动可靠性设计研究J.煤矿机械,2003,（10） ：34-39. 8 代仕平,张娜.基于滚珠丝杠副的升降机构设计J.八一科技,2011,（1）:50-52. 9 陈步庆,林柳兰,等三维打印技术及系统研究J机电一体化,2005,（4）:31-32. 10田地银,田云.关于滚珠丝杠的选择J.电子工艺技术,1997,(18)：18-25. 11蔡恩泽.3D 打印颠覆传统制造业J.中国中小企业,2012,（11）:46-47. 12Lischke F, Tovar A. Design of Self-Supported 3D Printed Parts for Fused Deposition ModelingC/ ASME 2016 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. 2016:V004T05A009. 13Beaman J, Bourell D, Wallace D. Special Issue: Additive Manufacturing (AM) and 3D PrintingJ. Journal of Manufacturing Science 缺点是价格昂贵，可用材料种类有限，制成品在光照下会逐渐解体。 选择性激光烧结打印( SLS) 是采用高功率的激光，把粉末加热烧结在一起形成零件。SLS 工艺的优点是可打印金属材料和多种热塑性塑料，如尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯类 、聚苯乙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯等，打印时无需支撑，打印的零件机械性能好、 强度高; 缺点是材料粉末比较松散，烧结后成型精度不高，且高功率的激光器价格昂贵。 熔融沉积打印( FDM) 是采用热融喷头，使塑性纤维材料经熔化后从喷头内挤压而出，并沉积在指定位置后 固化成型。这种工艺类似于挤牙膏的方式，其优点是价格低廉、体积小、生成操作难度 相对较小; 缺点是成型件的表面有较明显的条纹，产品层间的结合强度低、打印速度慢。 3D 打印是采用类似喷墨打印机喷头的工作方式，这种工艺与选择性激光烧结十分类似， 只是将激光烧结过程改为喷头粘结，光栅扫描器改为粘结剂喷射头。其优点是打印速 度快、价格低; 缺点是打印出来的产品机械强度不高。 随着 3D 打印技术和商业应用的发展，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D 8 打印与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业和新的商业模式， 创造出新的经济增长点。3D 打印技术发展带来的产品技术、制造技术与管理技术的进步使企业具备快速响应市场 需求的能力，特别是形成适应全球市场上丰富多样的客户群，实现远程定制、异地设 计、就地生产和销售的协调化新型生产模式，使生产模式、商业模式等多个方面发生根 本性的变化。 同立体印刷、叠层实体制造和选择性激光烧结快速成形技术相比, 3DP 不需要昂贵的激光系统, 具有设备价格便宜、运行和维护成本低的优势。与熔融沉积快速成形技术相比,3DP 可以在常温下操作,具有运行可靠,成形材料种类多和价格低的优势。此外, 与其它 RP 系统相比,3DP 还有操作简单、成形速度快、制件精度高、成形过程无污染, 适合办公室环境使用等优点。因此, 3DP 被认为是 RP 行业中最有生命力的新技 9 术之一, 具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。 利用3DP 技术进行产品的概念原型件制造是建立从概念信息到物理实现的最直接方式。概念原件 可以用于展示产品设计的整体概念、立体形态和布局安排, 进行产品造型设计和结构设计的评价,如在建筑设计上, 利用 3DP 技术制作的大楼或桥梁等建筑物模型, 可以帮助设计师进行评价和确定最终方案。医学上根据 CT 或 MRI 的数据, 应用3DP 技术可以快速精确地制造人体的骨骼和软组织等器官模型, 可以帮助医生进行病情诊断、术前讨论和最终治疗方案的确定。概念原型件还可作为产品 的展示模型, 进行产品的招投标和新产品上市前的宣传使用。利用 3DP 技术制造的功能原型件可以用于产品的结构设计检查.装配干涉检验, 静、动力学试验、物理和机械性能试验、人机工程试验等, 为产品的优化设计提供依据。通过 3DP 技术快速制造出产的功能原型件, 可以尽早地对产品设计进行测试、检查和评估, 缩短产品设计反馈的周期, 提高产品开发的成功率, 大大降低产品的开发时间和开发成本。 显然，3D 打印技术给人类带来新奇和进步，但毕竟还是起