熔融沉积3d打印机机械结构的设计毕业设计(编辑修改稿)

熔融沉积3d打印机机械结构的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

相粉末、用“激光部分熔融低熔点”粉末技术来制造模具。 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。 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。 重复上述动作 ,直至形成三维产品。 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 3 FDM 制造过程原则 :熔融沉积快速成型工艺在原型制作时同时需要制作支撑 ,为了节省材料成本 ,提高沉积效率 ,新的 FDM 设备采用双喷嘴。 一个喷嘴用于沉积模型材料 ,一个喷嘴用于沉积支撑材料。 一般来说 ,模型材料丝成本高、沉积效率很低。 但是支撑材料丝很粗且成本更低、沉积效率比模型材料丝高。 双喷嘴除了沉积过程具有较高的沉积效率 ,并降低生产成本以外 ,还可以灵活地选择具有特殊的性能支撑 材料 ,方便支撑材料的处理 ,如水溶性材料、低于模型材料熔点低的热熔材料。 熔融沉积 3D 打印机国内外现有技术水平 目前 ,快速成型技术的软件还有早期的典型特征 ,可以完成数据处理和控制的形成过程 ,因为每个公司的软件都是自己开发、自成体系 ,所以相对封闭 ,没有统一的数据接口和统一的软件模块划分标准 ,严重阻碍了二次开发和该技术的推广应用、不同工艺的集成。 因为 CAD和 RPamp。 M的接口软件开发的难度高和独立性 ,外国出现了作为 CAD和 RPamp。 M 系统之间桥梁作用的第三方软件 ,软件开发人员一般为个人或公司 ,软 件 功能很少。 比较著名软件有很多，比如 CIDES、 Brigeworks,STL 等等。 国内 RPamp。 M 软件的开发也进行了大量的工作 ,清华大学激光快速成型中心已经开发出具有自主知识产权的适应性快速 RP数据处理系统 LARK,该系统主要分为三个部分 ,即基于 STL模型三维工艺规划子系统 ,基于 CLI模型 2 D工艺规划子系统和工艺规则制定和信息管理子系统。 华中科技大学在 POWERSHAPE 直接切片研究、直接切片研究、直接切片在 RPamp。 M 中的应用 ,RPamp。 M 数据处理软件一些技术问题等 ,进行了卓有成效的研究 ,开发出一系列实用的软件。 西 安市交通大学开发的 LPS 数据管理系统和数据处理系统 ,有 STL 模型显示控制、参数设置、分层处理、支撑添加等功能 ,并在其独立开发的 LPS 和 CPS 系列应用于快速成型机。 熔融沉积 3D 打印机应用领域 制造各种模具 ,模型。 代替熔模精密铸造蜡模 ,一般主要用于原型设计验证。 塑料零件、铸造蜡模 ,样件或模型。 快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。 主要用于专业领域、桌面级项目还有待观察。 高端制造业领域 ,样品功能测试、试验和装配仿真模拟等。 本次设计的主要工作 主要设计工作 （ 1）丝杠 设计； 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 4 （ 2）导轨 设计 ； （ 3）框架 设计； （ 4）喷头 设计； （ 5） 部分 机械辅助 控制的设计。 设计参数 喷头 最大运行速度： 80mm/s 最大成型件重量：约为 10kg Z 向定位精度： 加热 板、 丝杠 以及直线导轨轴等的总重量：约 10kg 喷 头定位精度： 成型空间： 400*400*300mm 设计思路及主要问题 使用分块设计的理念 ,机械结构分为 XY 扫描系统 ,Z 方向移动系统两个部分。 （ 1） xy 扫描系统的机械结构 打印机扫描系统采用精度高 x y 工作台 ,它驱动光纤和聚焦镜完成零件的二维 扫描成型。 步进电机驱动滚珠丝杠带动扫描头作 x y平面运动 ,扫描范围是 400 x400mm,重复定位精度为 0。 005 mm。 为降低质量 ,提高响应速度 ,选择铝材进行设计 ,选择高转矩电动机。 扫描系统结构由计算机、 X Y 扫描头、聚焦透镜 ,圆柱滚动直线导轨 ,滚珠丝杠、步进电机等组成。 因为混合步进电机体积小、大转矩和良好的低频特性 ,运行的时候噪声小 ,失去电力自锁等优点 ,X,Y、 Z 方向都采用这种步进电机。 为了减少 X 方向负载的质量、连接板和电机采用铝材。 （ 2） Z 轴升降系统 它能完成零件支撑和在 Z 轴方向运动的功能 ,驱动丝杠上的喷头上下移动。 每个固化一层。 Z 轴带动喷头上升一层的厚度，这个过程实现零件的堆积 ,确保定位精度。 定位精度的好坏直接影响成型零件的尺寸精度和表面光洁度 ,和层与层之间的粘结性能。 采用步进电机驱动、精密滚珠丝杠传动和精密导轨导向。 驱动电机采用混合式步进电机 ,配合细分驱动电路 ,直接连接滚珠丝杠来实现高分辨率驱动 ,消除中间齿轮传动 ,既减少了尺寸和减少传输误差。 成形零件时 ,Z 轴经常做下降 ,上升运动 ,为了减少运动时产生较大的误差 ,方便从加热板上取下成型零件 ,加热板必须加工成表面光滑的加热板的大小要合理。 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 5 2 传动部分的设计 设计任务 机械部分的设计主要包括机械结构传动装置和熔融沉积 3D打印机的整体布局设计。 设计目的 设计熔融沉积 3D 打印机的整体部分和其它的设计。 主要用于单件小批量零件和功能模型的快速成型制造 通过毕业设计 ,锻炼我们在生产应用知识去解决实际问题 ,能够独立或与同学合作产品设计的一些实际应用 ,为了提高我们的设计能力。 毕业设计同时也为自己在五年内最后检验一遍大学的知识。 提高应用手册的能力和编写文件信息的能力 机械结构传动装置设计 事实 证明 ,整个 机器 传动装置占了很大的比例。 因 此 ,传 动装置的设计好坏 是机械设计的关键。 本次 的设计 从电机到执行部分 采取几种解决方案 :齿轮传动 ,普通 V 带 ,同步带传动、链传动、丝杠螺母副 等。 下面将 上述几个传输方案比较。 齿轮传动的承载能力和速度范围 比较大 ,传动比恒定 ,外轮廓尺寸小 ,运行可靠 ,效率高 ,寿命长 ,制造安装精度要求高 ,噪音大 ,成本较高。 齿轮齿条传动通常用于 行程较大的 机床 ,可以得 很 大的传动比 ,容易 得到 高速直线运动 ,刚度和机械效率高 ,传输不够 平稳 ,传输精度不高。 普通三角皮带传动的承载能力小 ,传递相同的 转 矩 时结构 尺寸比其他形式 大 ,但稳定 ,可以缓冲振动、 噪音低、良好的经济 性能。 同步带传动 确保准确的同步带传动比 ,传动的优点是速度范围广 ,传动比大 ,效率高 (高达 98%),预紧力小 ,轴和轴承负荷小 ,单位长度质量很小 ,因此它允许线速度高 ,但制造和安装精度较高 ,必须按要求 严格中心距。 链 传动属于有中间挠性件 啮合传动。 只能用两个平行轴方向 进行回 转 和 传动 ,不能保证 恒定的瞬时传动比。 磨损 后容易发生跳齿。 工作时有噪音。 不应该在负载变化 大和快速反向传 动中应用。 丝杠螺母副传动 ,滚珠丝杆螺母副是滚动摩擦 ,摩擦损失小 ,传动效率高 ,可达到 至。 丝杠和 螺母 预紧后 ,可以完 全消除 两者之间的间隙 ,提高传动刚度 ,摩擦阻天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 6 力小 ,几乎与速度无关。 能保证 平稳 的运动 ,不容易在低速 中 爬行。 不能自锁 ,可逆性 强。 综合比较几种传动方案最后选择同步带传动适合并能满足步进电机和丝杠之间的连接需要，因此传动装置选择同步带传动 熔融沉积 3 D 打印 机总体布局设计根据设计要求加工 尺寸 最大 、 重量、形状、和传 动 关系 , 速度、位移、加速度、时间等一系列的参数设计 ,最后得到一个可以满足设计要求 同时满足 各部分之间的相对位置关系。 主框架的机械结构 ：铝合金 框架 ,喷头 、XY 方向的 传动 装置 (螺丝、导轨 )和辅助装置。 步进电机的选择设计任务 步进电机的简介 步进电机控制系统主要由步进控制器、功率放大器和电极的一步。 步进控制器由缓冲器、环形分配器、控制逻辑及方向控制。 功率放大器的作用是控制环形脉冲放大 ,驱动步进电机旋转。 其控制系统如图 1： 图 1步进电机的控制系统 脉冲信号的产生 CPU、单片机产生的脉冲信号 ,一般脉冲信号的占空比约为 至 ,电机转速越高 ,工作周期越大。 在步进电机控制软件制作中要解决的一个重要问题 ,是产生周期性的脉冲序列 ,如下图所示。 从下图可以看出 ,脉冲是 使用周期时间 ,脉冲高度 ,打开和关闭电源来表示的。 脉冲高度取决于使用数字元件电平来决定 ,如普通 TTL 电平为 0 5 v,COMS 电平为 010v 等。 常用的接口电路 ,可用 0 到 5 v 打开和关闭电源的办法来控制。 相应的数据为例 ,当步进电机数字线送高电平 (连接 ),步进电机开始一步一步的运动。 但是由于步进电机“一步”是需要一定的时间 ,所以在发送高脉冲应该延长一段时间 ,使步进电机在指定的位置。 因此 ,使用计算机控制步进电机实际上是一系列的脉冲波由计算机生成的。 用软件的方法实现脉冲波是先输出高电平 ,然后用软件延迟一段时 间 ,然后输出低电平时间延迟。 延迟时间的长度决定于由步进电机的工作频率。 方向控制 脉 冲 冲 负载 步进 电机 功率 放大器 步进控制器 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 7 上面是一个步进电机控制命令和控制模型 ,如果在相反的顺序控制 ,步进电机相反的方向转动。 因此 ,所谓的步进电机的方向控制 ,实际上是在一个特定的方式控制 (根据需要选择 )中指定的顺序发送脉冲序列 ,可以达到控制步进电机的目标方向。