3D打印机设计参考论文.docx

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1、mlm3D打印机设计参考论文2015-02-063D打印机DlY3D打印机设计参考论文1.1 国内外3D打印机的探讨现状国外3D打印机的探讨现状国内3D打印机的探讨现状1.23D打印机的发展趋势1.1.1 3D打印产业的将来发展前景1.1.2 3D打印技术将来发展的主要趋势1.33D打印机的工作原理及特点1.4发展创新与突破2总体方案及结构设计2.1 引言2.2 总体框架的设计2.3 温度限制回路的设计2.4 XYZ三方向限制电机的设计2.5 喷头移动及喷出量调整的设计3机械结构3.1 传动方式的选择3.2 转动惯量的计算3.3 喷头的选择4电机的选择4.1 伺服电机和步进电机的对比4.2 直

2、流沟通伺服电机对比4.3 负载转矩的计算4.4 打印速度的初步估计5传感器5.1 温度传感器对比5.2 机械位置传感器5.3 压力传感器63D打印机的优点及面临问题6.13 D打印机的优点6.23 D打印技术面临的问T【摘要】3D打印是最近两年起先流行的一种快速成形技术，它以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体.我们日常生活中的打印机能打印一些平面纸张材料，而3D打印机打印出的是立体塑品产品.文章对3D打印的技术体系和国内外产业发呈现状、发展态势作了综合介绍，综述3D打印技术的基本概念、发展简史、打印过程原理、应用领域、广泛影响以及面临的问题等.在介绍3D技术的发展历程、3D打印技

3、术的工作原理流程及特点的基础上，分析了3D打印技术的创新点和存在的问题，展望了3D打印技术的将来发展趋势.关键词:3D打印机;快速成型;结构设计;社会制Abstract：3Dprintingisoneofthelasttwoyearsbecamepopularrapidprototypingtechnology,whichisbaseddigitalmodelfiles,throughovertheprintedlayerbylayerapproachtoconstructobjects.Ourdailylivesprintercanprintsomeflatsheetmaterial,and

4、3Dprintertoprintoutthethree-dimensionalplasticgoodsproducts.Articleon3Dprintingtechnologysystemstatusanddomesticindustrialdevelopment,developmentmadeacomprehensivepresentationsituation,reviewthebasicconceptsof3Dprintingtechnology,developmenthistory,theprintingprocessprinciples,applications,andthepro

5、blemsfacedwidespreadimpact,etc.Inthedevelopmentprocessofintroductionof3Dtechnology,workingprincipleandcharacteristicsoftheprocessof3Dprintingtechnologybasedontheanalysisof3Dprintingtechnologyinnovationsandproblems,lookedtothefuturedevelopmenttrendof3Dprintingtechnology.Keywords：3Dprinters;rapidproto

6、typing;structuraldesign;socialmanufacture引言随着时代的进步，我们的生活水平日渐提升，同时，人口也在急剧的增长，我们须要越来越多的物品来满意物质生活条件。这就势必造成我们对物品的要求也会越来越高，做工精细、独特且非量产的物品会受广袤人们的宠爱。如今，我们拥有了3D打印这一先进的技术，我们可以通过3D打印机来打印各种我们所须要的、想要的。3D打印技术应用面广，它可以用于医疗行业、科学探讨、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机则

7、出现在上世纪90年头中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与一般打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑限制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。1绪论1.1 国内外3D打印机的探讨现状国外3D打印机的探讨现状经过十多年的探究和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前己经能够在0.0Imm的单层厚度上实现600dpi的精细辨别率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色调的彩色打印。目前，在全球3D打

8、印机行业，美国3DSyStemS和StrataSyS两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业、研发团队还有美国的Fab(三)Home和ShaPeWays、英国的Reprap等。3DSyStemS公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早独创者和最初专利拥有者ZCOrPOration公司之后，3DSyStemS奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2010年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后，Stratasys又于

9、2012年4月与以色列闻名3D打印系统供应商Objet宣布合并。当前，国际3D打印机制造业正处于快速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了胜利的商用模式。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，完成困难而精细的造型。另外，3D打印技术获得应用的领域是特性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到100万美元。国内3D打印机的探讨现状自20世纪90年头以来，国内多所

10、高校开展了3D打印技术的自主研发。清华高校在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有肯定的科研优势；华中科技高校在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通高校自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到40.2mm；中国科技高校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打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。近年来，国内企业已实现了3D打印机的整机生产和销售，这些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前，国产3D打印机在打印

11、精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满意商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务范围涉及到模具制作、样品制作、协助设计、文物复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区3D打印技术引入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非自主研发。1.2 3D打印机的发展趋势1.2.1 3D打印产业的将来发展前景依据国际快速制造行业权威报告WohlersReport2011发布的调查结果，全球3D打印产业产值在19882010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业将来仍将持续较快

12、地增长,到2016年,包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元,2020年将达到52亿美元。但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采纳化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且平安方面也存在肯定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严峻冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更简洁被复制和扩散，

13、制造业面对的盗版风险大增，现有学问产权爱护机制难以适应产业将来发展的需求。Gartner公司2011年发布的最新技术发展展望报告推断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。Gartner公司探讨人员认为，3D打印技术成熟到适应市场需求还将须要510年的时间。在这一较为漫长的发展过程中，产业可能会面临增长期望落空、技术遭受瓶颈以及投资撤离等风险。总之，从中长期看来3D打印产业具有较为广袤的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离，对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此，现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和

14、储备为主，尤其要重视自主学问产权的建设和维护，争取在将来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响，在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张，则投资回报将面临着较大的风险。1.2.2 3D打印技术将来发展的主要趋势随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、限制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。将来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。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，以实现干脆面对产品的制造；开发更为多样的3D打印材料，如

15、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，特殊是金属材料干脆成型技术有可能成为今后探讨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，使设计软件和生产限制软件能够无缝对接，实现设计者干脆联网限制的远程在线制造；拓展在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创建性应用。1.3 3D打印机的工作原理及特点13.13D打印的工作原理三维打印技术是运用喷头喷出粘结剂，选择性地将零件的截面印刷在材料粉末上面，最终层层将各个截面粘结起来.可用于制造

16、困难形态的模型中空模型，或者制造复合材料或非匀称材料的模型等.图1是三维打印成型机的剖面示意图.其工艺是先由铺粉辐从左往右移动，将供粉缸里的粉末在成型缸上匀称铺上一层.然后依据计算机上设计好的零件模型，由打印头在第一层粉末上喷出零件底层截面的形态，然后成型缸平台向下移动肯定距离，再由铺粉辐从供粉缸中平铺一层粉末到刚才打印完的粉末层上，然后再由打印头依据其次层截面的形态喷洒粘结剂，层层递进，最终得到的零件整体是由各个横截面层层重叠起来的.图I三维快速打印技术工作原理示意图3D打印的主要工作流程如图2所示，其中3D建模是3D打印的前提，相当于平面印刷中的原稿，3D建模质量的好坏确定了3D打印的质量.一般现有的3D建模软件都可以实现建模，比如CADPrO/e等矢量建模软件，都可以轻易地实现3D建模.3D分割将建立的3D模型分成一个