1、天津职业技术师范大学本科生毕业设计熔融沉积 3D 打印机机械结构的设计Design for 3D Printer of Fused Deposition Manufacturing毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名：
2、 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人
3、完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右） 、关键词4）外文摘要、关键词 5
4、）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4
5、单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订摘 要随着科学技术的发展,快速成形技术已广泛应用于机械制造领域,提高快速成型技术的应用水平,高效、快速的加工已经成为当前快速成型加工技术发展的一个新课题。熔融沉积成型工艺(熔融沉积成型工艺)后 LOM 工艺和 SLA 工艺开发的3 D 打印技术。3D 打印技术技术发明于 1988 年, Scott Crump 成立 Stratasys 公司。Stratasys 公司在 1992 年推出了
6、世界上第一个基于 FDM 3 D 打印机技术“3 D 造型,3 D 建模者)“这也标志着 FDM 技术投入商业阶段。快速成型技术的发展和应用越来越广泛和深入,3 D 印制机的需求越来越大。因此,本文针对熔融沉积的 3 D 印制机机械结构进行了设计,包括:1。改进单喷嘴,2 .x - y 扫描机制:3.Z 轴升降机制:4.传动机构。 x - y 平面扫描的方向运动、运动的机械传动、打印机精度、同步带传动精密、滚珠丝杆传动。不要出现在行程较长时抖动,有利于确保扫描精度,稳定的运动。使用线性步进电机直接连接滚珠丝杆、响应更加快速准确,因为没有中间部分同时,简化了机械结构,精度高。熔融沉积在 3 D
7、打印过程中,机械结构的设计, 运动和传动更加合理和平稳，使它更好的生产。关键词：喷头；X-Y 扫描机构；Z 轴升降机构；传动机构。ABSTRACTWith the development of science and technology, Rapid prototyping processing technology has been widely used in the field of machinery manufacturing. Raise the level of the application of rapid prototyping technology.Implement
8、efficient processing has become the current rapid prototyping processing technology development of a new topic. Fused deposition molding process (Fused deposition molding process) is developed after the LOM process and SLA process a 3d printing technology. The technology by Scott Crump invented in 1
9、988, Scott Crump founded Stratasys. Stratasys in 1992, launched the worlds first based on FDM technology of 3d printer - “3d modelling, 3d Modeler)“ it also marks the FDM technology into commercial stage.The development and application of rapid prototyping technology is more and more extensive and i
10、n-depth, 3d printers demand is becoming more and more big. Thus, this paper 3d printers for fused deposition of mechanical structure design, including: 1. Improvement of single nozzle, 2 x-y scanning mechanism: 3. Z axis lifting mechanism: 4. Drive mechanism, and on the part of the structure is impr
11、oved. X-y plane scanning in the direction of movement and the movement of mechanical transmission printer from precision synchronous belt drive into precision ball screw drive. Dont appear when in the journey is longer than the jitter, is beneficial to ensure accuracy of scanning, stable movement. U
12、sing linear stepper motor directly connected ball screw, response more accurately, because there is no middle part at the same time, simplify the mechanical structure, high precision.In fused deposition in the process of 3d printers, the design of the mechanical structure, motor and driving more rea
13、sonable and stable, and make it better in productionKey Words: Nozzle; X-y scanning mechanism; The Z axis lifting mechanism; Transmission mechanismI目 录1 绪 论 .11.1 熔融沉积快速成型技术的简介 .11.1.1PDM 的技术原理介绍 .11.1.2 几种典型的快速成型技术 .11.2 熔融沉积 3D 打印机概述 .21.3 熔融沉积 3D 打印机工艺原理及过程 .21.4 熔融沉积 3D 打印机国内外现有技术水平 .31.5 熔融沉积 3
14、D 打印机应用领域 .31.6 本次设计的主要工作 .31.6.1 主要设计工作 .31.6.2 设计参数 .41.6.3 设计思路及主要问题 .42 传动部分的设计 .52.1 设计任务 .52.1.1 设计目的 .52.1.2 机械结构传动装置设计 .52.2 步进电机的选择设计任务 .62.2.1 步进电机的简介 .62.3 丝杠的选型 .82.4 初选导轨型号 .103.传动部分总体设计的计算 .103.1 丝杠的受力计算 .103.2 导轨的选型及计算 .113.2.1 导轨刚度检验 .113.3 丝杠和螺母自锁校核计算 .113.3.1 电机转矩的选择计算 .123.3.2 加热板
15、材料的选择 .13II4. 3D 打印机的送丝机构 .144.1 送丝机构的简介 .144.2 送丝机构的设计 .144.3 打印机框架及喷头的设计 .154.3.1 打印机框架 .154.3.2 喷头的设计 .16结 论 .18参考文献 .19致 谢 .20天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计11 绪 论新材料,新技术,新技术在快速成型加工快速介绍,现在在快速成型加工零件加工的质量要求也越来越高,向高功能、高智商,高性能的方向开发;快速成型开发的方向是高功能;快速成型技术向高智能方向前进。熔融沉积快速成型技术(熔融沉积成型工艺)的新兴与发展,现如今已成为当前的热点行业,已成为业界
16、关注的焦点。应用 3 D 打印机合理的机械结构是一个重要途径来提高快速成型加工的效率。目前,与传统的处理相比,机械结构优化设计可以很好的实现高效率和高质量、节能、可以形成良好的技术优势相结合。是未来的发展方向。1.1 熔融沉积快速成型技术的简介1.1.1PDM 的技术原理介绍丝状材料选择性熔覆(熔融沉积制造、FDM),也称为熔融沉积造型。FDM 快速成型技术是一种不依赖于激光成型能源,将各种丝材加热熔融成型方法。这个过程通过熔融材料一步一步的固化形成一个三维产品,制造的产品目前市场约6.1%的份额。1.1.2 几种典型的快速成型技术（1）立体光固造型 SLAStero Lightgraphy
17、Apparatus 又称激光立体造型、激光立体光刻或立体印刷装置 .（2） 叠层实体制造 LOM叠层实体制造叠层的成型材料是热敏感类箔(纸等),激光切割，形成之初,激光根据底部的 CAD 三维实体模型切片平面几何信息数据, 对于铺在工作台上的箔材作轮廓切割,工作台下降一层高度后,回到一层(躺在底部)材料,加热辊滚压,与底层牢牢粘住,激光轮廓切割,根据相应的数据,然后重复,直到整个三维零件。LOM 部分不收缩,不会变形,精度高达 0.1 毫米,切片厚度 0.05 0.50 毫米。（3） 选择性激光烧结 SLS选择性激光烧结选择激光烧结生产过程类似于 SLA,使用红外 CO2 激光扫描加热层的金属
18、粉末或塑料粉末使其达到其烧结温度,烧结金属或塑料制成的立体结构。（4） 融积成型技术 FDM集成产品成型技术(熔融沉积造型)的制造过程是首先通过系统随机快速切片层和 SupportWorks 软件 CAD 模型可分为极薄截面,生成控制 FDM 喷嘴的几何信息。操作,FDM 热塑性材料 (如聚酯塑料、ABS 塑料、蜡、等等) 被加热头加工到临界状天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计2态,根据微型计算机控制,计算机辅助设计的喷嘴沿平面几何信息来确定数据移动同时挤出半流动的材料,沉积凝固成精确的实际部分薄层,通过垂直提升系统下的新的形成层同时固化它,并固化层牢固地粘合在一起。所以,底部形
19、成一个三维实体。FDM 的生产精度达到 0.127 毫米,持续积累范围 0.0254 0.0254 毫米,它允许不同颜色的材料。（5） 其它快速原型制造技术直接成型铸造 DSPC(直接壳生产铸造) 来源于三维打印快速成型技术(3 d 打印)。流程是计算机设计完毕的零件模型装进模壳设计装置, 利用微型机绘制浇注模,生产到所需的厚度,需要配备电子模型 （模芯壳模具组件）,然后输给模壳制造设备, 由电子模型制成固体的三维陶瓷模壳。取走疏松的陶瓷粉,露出完整的模壳,并使用熔模铸造的方法,对模壳最终处理,完成整个过程。该系统可以检测自己的印刷缺陷,不需要图纸,整个加工就可以完成。光屏蔽(SGC 基地-固
20、体-地面养护)由以色列肘的公司开发的,这一工艺是可以同时固化整个液体光聚合物。SGC 技术使用丙烯酸盐光聚合物材料,它的生产精度可以达到 0.1%,切片厚度约为 0.1 0.15 毫米, Cubital 公司研制的 Solider5600 类型产品制作的工作最大的尺寸是 508 * 508 * 356 mm,紫外灯功率2 千瓦,每一层循环在 90s 左右。MRM(三菱化学快速成型)日本三菱化学化学最新的快速成型系统,原型可以直接放入模具中,被调用的“金属增强树脂成型复合材料(金属树脂模塑)” ,比传统模具制造成本降低 1/2,缩短成型时间的 1/2 1/3。奥斯汀德克萨斯大学正在研究的高温选择
21、性激光烧结(HTSLS), 在取消聚合物粘结剂的技术上有了重大突破。结果表明,可用铜-锡或青铜-镍粉两相粉末、用“激光部分熔融低熔点”粉末技术来制造模具。1.2 熔融沉积 3D 打印机概述熔融沉积有时被称为熔丝沉积,它将热熔性材料加热到融化,丝状材料被具有微细喷嘴的挤出机挤出,可以沿着 X 轴方向移动的喷嘴 ,工作台沿 Y 轴(不同设备和机械结构设计可能不是相同的),把熔融的丝材挤出后立即和前一层材料粘合在一起,然后重复这些步骤,直到工件完全形成。1.3 熔融沉积 3D 打印机工艺原理及过程FDM 工艺是使用热塑性材料热熔, 在计算机的控制下一层又一层的堆积成型。机器控制加热喷嘴可根据截面轮廓信息,作 x - y 平面运动和 Z 方向的运动。丝状热塑性材料通过送丝机构送到喷嘴里,并加热到熔融状态,然后选择性涂覆在工作台之上,快速冷却后形成截面轮廓。完成一层截面后喷嘴增加一层的高度,然后进行下一层涂覆。
