機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文--便攜式三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目：便攜式三維打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p><b>　　年 級(jí)：</b></p><p><b&g

2、t;　　姓 名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p>　　完成時(shí)間：2014年4月25日</p><p>　　便攜式三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文首先對(duì)便攜式打印

3、機(jī)的目前發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀作出相應(yīng)的概括,包括便攜式三維打印機(jī)突出的優(yōu)勢(shì)。其次根據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)、參數(shù)在滿足標(biāo)準(zhǔn)化型材的前提下對(duì)三維打印機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)某些重要的零部件詳細(xì)分析它的參數(shù)和原理作用。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這塊還包括標(biāo)準(zhǔn)型材、帶輪、齒形帶的選取。三維打印機(jī)在工作過程中因受應(yīng)力的影響可能會(huì)發(fā)生變形，所以接下來應(yīng)用材料力學(xué)的知識(shí)對(duì)X方向運(yùn)動(dòng)的光桿進(jìn)行受力分析校核，以確保三維打印機(jī)能打印出精度比較高的產(chǎn)品。</p><p&

4、gt;　　最后，三維打印機(jī)工作的時(shí)候是三個(gè)方向一起運(yùn)動(dòng)，打印機(jī)能否同時(shí)在三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)就要先對(duì)打印機(jī)做運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，使其在理論上能滿足基本運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)仿真第一是創(chuàng)建新的連桿和運(yùn)動(dòng)副，其次寫入驅(qū)動(dòng)，最后解算方案，解算方案結(jié)束后就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真了。而打印機(jī)要精準(zhǔn)穩(wěn)定地做X、Y、Z方向的運(yùn)動(dòng)，必須要有精確平穩(wěn)的軌道承載，能否在這三個(gè)方向上自由地運(yùn)動(dòng)是我們對(duì)打印機(jī)研究的非常重要的部分，而便攜式三維打印機(jī)要求的是在最小的尺寸

5、空間里實(shí)現(xiàn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)范圍的最大化。設(shè)計(jì)中主要使用了CAD、UG等工程制圖軟件，用UG三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，CAD畫出二維平面圖，受力方面結(jié)合材料力學(xué)力的知識(shí)對(duì)三維打印機(jī)的主要部件進(jìn)行了受力分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：三維打印機(jī)；便攜式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力分析；運(yùn)動(dòng)仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>

6、;　　Firstly, the current trends and the status of development of portable printers make the appropriate generalization, including portable 3D printer outstanding advantages. Second, according to the corresponding indicato

7、rs, parameters under standardized profiles to meet the prerequisite for the overall structural design of three-dimensional printer, some important parts of a detailed analysis of its parameters and principles of action.

8、Piece design which also includes the selection criteria profile</p><p>　　Finally, the 3D printer to work together when the movement in three directions, the printer can simultaneously movement in three direc

9、tions on the printer must first make motion simulation, on the direction of movement of the three motion simulation, so in theory, be able to meet the basic movement . The main steps are defined motion simulation rod, de

10、puty campaign created to define the drive, the solver program, and finally get a 3D printer emulation motion animation. The stability of the print</p><p>　　Keywords: 3D printer; portable; structural design;

11、stress analysis; motion simulation</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.引言2</b></p><p>　　1.1便攜式三維打印機(jī)的發(fā)展概況及現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2便攜式三維打印機(jī)的特點(diǎn)3</p>

12、<p>　　1.3便攜式三維打印機(jī)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)4</p><p>　　2.便攜式三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1打印機(jī)指標(biāo)5</p><p>　　2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　2.3框架結(jié)構(gòu)6</b></p><p><b>　

13、　2.4底座支架6</b></p><p>　　2.5底座梁支架................................................8</p><p>　　2.6 X軸方向運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.6.1工作原理8</p><p>　　2.6.2齒形帶的選取9</p>

14、;<p>　　2.6.3同步帶輪的選取9</p><p>　　2.6.4噴頭的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.7電機(jī)的選擇12</p><p>　　3.便攜式三維打印機(jī)主要部件的受力分析14</p><p>　　3.1 X方向運(yùn)動(dòng)光桿的受力分析14</p><p>　　4.便攜式三維打

15、印機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真17</p><p>　　4.1創(chuàng)建連桿和運(yùn)動(dòng)副17</p><p>　　4.2仿真動(dòng)畫18</p><p>　　4.3仿真運(yùn)動(dòng)作圖20</p><p><b>　　5.小結(jié) 23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p

16、><p><b>　　引言</b></p><p>　　三維打印機(jī)在國(guó)內(nèi)外算是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，具有巨大的市場(chǎng)潛力，3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，三維打印機(jī)可以不像傳統(tǒng)的生產(chǎn)要依賴生產(chǎn)的工藝性，三維打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是只要你設(shè)計(jì)出相應(yīng)的產(chǎn)品模型，就可以打印出你想要的東西。三維打印機(jī)不需要任何加工工具，可以節(jié)省很多人力物力，這樣的生產(chǎn)機(jī)器好像就是在代替一個(gè)人在制造產(chǎn)品。雖然三維

17、打印機(jī)有如此大的優(yōu)勢(shì)，但還不夠完善。相信三維打印機(jī)在不久的將來會(huì)不斷加大占領(lǐng)市場(chǎng)份額，到時(shí)候的制造業(yè)中三維打印機(jī)是不可缺少的。[4]</p><p>　　而便攜式三維打印機(jī)的主要目的是以價(jià)格低、占地面積少、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)打進(jìn)平民百姓家中，三維打印機(jī)不僅可以應(yīng)用在制造業(yè)，工業(yè)設(shè)計(jì)，醫(yī)療領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域都有應(yīng)用到三維打印技術(shù)。三維打印技術(shù)在這些領(lǐng)域的成長(zhǎng)和普及說明三維維打印機(jī)的研究是有必要的有實(shí)際意義的。我們?cè)诖蛴〉昀?/p>

18、都能見到的是二維的打印機(jī)，它只能做X和Y方向的運(yùn)動(dòng)，而三維打印機(jī)增加了Z軸的運(yùn)動(dòng)，打印出來的是立體的實(shí)物。而噴頭要精準(zhǔn)穩(wěn)定地做X、Y、Z方向的運(yùn)動(dòng)，它必須要有精確平穩(wěn)的軌道承載，能否在這三個(gè)方向上自由地運(yùn)動(dòng)是我們對(duì)外形研究的重要部分，而便攜式三維打印機(jī)要求的是在最小的空間里實(shí)現(xiàn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)范圍的最大化。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使用了CAD、UG三維制圖軟件對(duì)該三維打印機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制圖和受力分析。通過在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下完成對(duì)便攜式三維

19、打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.1三維打印機(jī)的發(fā)展概況及現(xiàn)狀</p><p>　　三維打印技術(shù)目前是一種高新技術(shù)，三維打印技術(shù)作為一種高科技技術(shù)，目前應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如制造業(yè)，航空領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域，化學(xué)技術(shù)，還有材料學(xué)科等方面。三維打印技術(shù)的推廣使得更多制造業(yè)有了相應(yīng)的變革，打印技術(shù)可以使制造效率不斷挺高，方便快捷。而廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域有醫(yī)療領(lǐng)域，建筑領(lǐng)域，和機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。有些精

20、密的制造業(yè)也可以通過三維打印技術(shù)完成。在醫(yī)療領(lǐng)域上，三維打印機(jī)可以用人培養(yǎng)的細(xì)胞作為打印原材料打印器官，這就給病人提供了對(duì)自己不排斥的器官。前段時(shí)間有個(gè)小孩因?yàn)樘焐鷽]有鼻子，于是醫(yī)院就通過三維打印機(jī)打印出了一個(gè)與他個(gè)人相匹配的鼻子，并且成功應(yīng)用上去。這些成功的例子無疑在說明三維打印技術(shù)已經(jīng)越來越接近我們的生活，改變我們的生活。建筑領(lǐng)域，三維打印技術(shù)可以快速的打印出一棟很建筑模型，可以省略很多傳統(tǒng)的東西，某些工藝水平也是，傳統(tǒng)工藝所不能企

21、及的[1]</p><p>　　三維打印技術(shù)已經(jīng)有了十多年的發(fā)展，目前分辨率可以達(dá)到6000pi，厚度精確到0.001毫米，這樣的技術(shù)幾乎可以打印出你肉眼能看得出來的東西，可見這精度已經(jīng)非常高了。當(dāng)然我們可以應(yīng)用三維打印技術(shù)高精確性，打印出更多純制造業(yè)很難完成的任務(wù)[3]</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)很多家公司相繼完成了他們的三維打印機(jī)的生產(chǎn)和銷售，雖然他們的公司大小不能與國(guó)外大型公司相媲

22、美，而且所做的產(chǎn)品的整體質(zhì)量也沒有國(guó)外的那么好，但在中國(guó)的市場(chǎng)還是非常不錯(cuò)的。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的三維打印機(jī)在材料，模型結(jié)構(gòu)，打印精準(zhǔn)度方面還不能很好的滿足消費(fèi)者的需求。而在第三產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)某些發(fā)達(dá)城市有很多企業(yè)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的三維打印設(shè)備，在此基礎(chǔ)上不斷學(xué)習(xí)借鑒，并且有了技術(shù)上的提高?？傊畤?guó)內(nèi)的三維打印技術(shù)還不夠成熟，還需進(jìn)一步的發(fā)展技術(shù)。 [3]</p><p>　　目前在西方國(guó)家，三維打印技術(shù)已經(jīng)大范圍的應(yīng)用到了商

23、業(yè)。比如在某些汽車制造業(yè)和電子制造廠商。三維打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以體現(xiàn)在高效率的基礎(chǔ)上打印出廉價(jià)的部件。紐約有一家公司手機(jī)了很多客戶所實(shí)際需要的模型，或者產(chǎn)品，收集之后用三維打印技術(shù)把收集來的方案打印成他們所需的實(shí)物，并且獲得了較好的成果。[3]</p><p>　　1.2便攜式三維打印機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　三維打印機(jī)(3D Printers)還稱作三維立體打印機(jī)，它跟二維打印機(jī)最大的

24、區(qū)別就是能打印出立體的物體，它的原理是通過激光燒結(jié)把材料融化用噴頭一層一層疊加起來形成三維的立體實(shí)物。三維打印機(jī)工作非常方便，只需在電腦上制作出你想要打印的三維模型，然后導(dǎo)入到打印機(jī)中，就可以自動(dòng)為你打印出你想要的三維模型。目前為止三維打印機(jī)的材料還是相當(dāng)有限的，要想打印出一個(gè)材料豐富結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)物還是有很大難度的?？傊S打印機(jī)的打印精度高，打印價(jià)格便宜，操作方便，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)受到了很多人的青睞。[1]</p>&l

25、t;p>　　便攜式三維打印機(jī)跟普通的三維打印機(jī)區(qū)別就是便攜式可以隨聲攜帶，突破了打印機(jī)固定在一個(gè)空間的限制，大大提高了它的實(shí)用性和便捷性。要實(shí)現(xiàn)便攜性就要在結(jié)構(gòu)上下功夫，當(dāng)在工作的時(shí)候結(jié)構(gòu)是展開的，完成打印工作后打印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)空間就會(huì)大大縮小，實(shí)現(xiàn)便攜。便攜式三維打印機(jī)不足的是它的打印空間相對(duì)于其他打印機(jī)來說可能要小。 </p><p>　　1.3便攜式三維打印機(jī)的發(fā)展帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)</p>

26、;<p>　　從上面文章，我們可以發(fā)現(xiàn)，三維打印機(jī)要想成功的占領(lǐng)市場(chǎng)還需要面臨很多挑戰(zhàn)和困難。其中打印機(jī)的生產(chǎn)價(jià)格，打印的材料，打印精準(zhǔn)性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面還有很多需要研究的地方，所以三維打印機(jī)的問世，既是一種機(jī)遇也是一種挑戰(zhàn)。</p><p>　　第一，生產(chǎn)成本方面。三維打印機(jī)的生產(chǎn)成本比較高，從剛開始設(shè)計(jì)一臺(tái)三維打印機(jī)到買材料，組裝，測(cè)試校核等程序使得打印機(jī)的成本大大提高，為了普及三維打印機(jī)很多商

27、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。第二，材料方面。目前三維打印機(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。然而作為三維打印機(jī)材料的多樣性直接決定了生產(chǎn)多樣性，可以見其的作用在整個(gè)打印機(jī)中占的比例很大。總之要想成功的普及三維打印機(jī)在材料上下功夫是不容忽視的。第三，打印精度方面。當(dāng)前三維打印機(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。很多人認(rèn)為三維打

28、印機(jī)想打印什么就打印什么，其實(shí)還有很多因素要考慮，比如說打印的體積大小，和精度。三維打印技術(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。第四，研究開發(fā)方面。三維打印機(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。不僅僅是滿足目前打印幾個(gè)簡(jiǎn)單的三維模型，更重要的是應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中，比如說醫(yī)院要打印出病人的某些器官，這些要求的技術(shù)室非常高的。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</p><p

29、>　　便攜式三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1打印機(jī)指標(biāo)</b></p><p>　　其中三維打印機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為：</p><p>　　打印機(jī)的尺寸：260*190*300mm</p><p>　　底座（兩型材間的距離）：114mm</p><p>　　打印的最大范

30、圍：140*78*100mm</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)型材的尺寸：25*25mm</p><p>　　電機(jī)的轉(zhuǎn)速：3600r/min</p><p><b>　　2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.2.1工作原理</b></p><p>　　便攜式三維

31、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。打印機(jī)總共有5個(gè)電機(jī)，兩個(gè)同步電機(jī)用在Z軸方向，一個(gè)用在X軸方向，一個(gè)用在Y軸方向，剩下一個(gè)是傳送材料到噴頭用的。在打印機(jī)兩邊裝有兩個(gè)同步電機(jī)連接絲桿，帶動(dòng)噴頭所在的光桿做Z方向運(yùn)動(dòng)。X方向的打印是通過噴頭左右運(yùn)動(dòng)完成的，電機(jī)帶連接在噴頭的齒形帶，使噴頭運(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)。</p><p>　　2

32、.2.2三維打印機(jī)的組成</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)型材：25*25mm,300mm×2,260mm×4,240mm×5</p><p>　　無絲桿電機(jī):三個(gè)，帶絲桿電機(jī)：兩個(gè)</p><p><b>　　同步帶輪：四個(gè)</b></p><p><b>　　齒形帶：兩條</b&

33、gt;</p><p><b>　　光桿：四根</b></p><p><b>　　六角螺栓+螺母</b></p><p>　　非標(biāo)準(zhǔn)件包括底座，底座梁支架，底座支架，噴頭結(jié)構(gòu)，提手，型材之間的連接件等。</p><p><b>　　2.3框架結(jié)構(gòu)</b></p>

34、<p>　　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。打印機(jī)的Z軸傳動(dòng)通過立在兩邊的絲桿完成，左邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿完成噴頭上下運(yùn)動(dòng)。噴頭與光桿銜接左右運(yùn)動(dòng)。底座支架與底座的光桿銜接通過帶動(dòng)底板做前后運(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

35、面的型材則與部件通過六角螺栓活動(dòng)鏈接。這樣就可以實(shí)現(xiàn)打印機(jī)在不使用的情況下把立桿放下，便于攜帶。連接部件用三維軟件設(shè)計(jì)并打印，部件的統(tǒng)一厚度為5mm。</p><p><b>　　2.4底座支架結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　該結(jié)構(gòu)的視圖如下，它的主要作用是連接支撐底板，并帶動(dòng)底板做前后運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　底座支架結(jié)

36、構(gòu)圖</b></p><p>　　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)。上圖中支架的導(dǎo)槽與底座的光桿導(dǎo)套連接，支架中間在于齒形帶固定。電機(jī)工作通過帶動(dòng)支架在光桿上來回運(yùn)動(dòng)。然而底板與支架通過桿固定連接，實(shí)現(xiàn)了底座支架帶動(dòng)底板的來回運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　左底座梁支架結(jié)構(gòu)：</b></p><p><

37、;b>　　底座梁支架的結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　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)。考慮到受力，底座梁支架鎖在型材上，左右各有一個(gè)支架固定兩根光桿。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。</p><p><b>　　左底座梁支架三維圖</b></p&

38、gt;<p>　　2.5右底座梁支架結(jié)構(gòu)</p><p>　　右底座梁的支架結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.6 X軸方向運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.6.1工作原理</b></p><p>　　X軸方向的運(yùn)動(dòng)主要靠齒形帶帶動(dòng)噴頭運(yùn)動(dòng)完成，噴頭固定在上下兩條齒形帶上，增加了運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。噴

39、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)。齒形帶傳動(dòng)通過左邊的電機(jī)帶動(dòng)同步帶輪完成。這部分主要介紹的是齒形帶和同步帶輪的選取，及其參數(shù)，和噴頭結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　X軸方向運(yùn)動(dòng)三維圖</b></p><p>　　2.6.2齒形帶的選取</p><p><

40、b>　　齒形帶的二維圖</b></p><p><b>　　齒距：5.08mm</b></p><p><b>　　齒高：1.27mm</b></p><p><b>　　齒厚：2.3mm</b></p><p>　　2.6.3同步帶輪的選取</p>

41、;<p>　　因?yàn)榇巳S打印機(jī)是屬于精加工類型，在選取加工類型精度比較高的同步帶輪，在滿足齒形帶的嚙合下，選取的同步帶輪的參數(shù)如下：</p><p><b>　　同步帶輪的參數(shù):</b></p><p><b>　　齒距：5.08mm</b></p><p><b>　　齒數(shù)：20</b>

42、;</p><p><b>　　槽寬：11mm</b></p><p>　　d1節(jié)圓直徑：32.3mm</p><p><b>　　D內(nèi)徑：6mm</b></p><p>　　D檔邊外徑：38mm</p><p>　　D1凸臺(tái)外徑：26mm</p><p&

43、gt;<b>　　L總長(zhǎng)：25mm</b></p><p>　　同步輪的規(guī)格表如下：</p><p>　　2.6.4噴頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖一</b></p><p><b>　　圖二</b></p><p>　　噴頭構(gòu)架上有兩個(gè)光

44、桿槽，槽里面要先裝上光桿導(dǎo)套，如圖一的主視圖，可以很清晰的看到。此噴頭結(jié)構(gòu)可以提供兩個(gè)噴頭使用。噴頭有兩部門組成一部分是和光桿導(dǎo)套結(jié)合，第二部門是裝噴嘴的，如圖二，兩部分通過四個(gè)螺釘鎖在一起，這樣也增加了噴頭整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2.7電機(jī)的選取</b></p><p>　　考慮到三維打印機(jī)對(duì)電機(jī)的要求比較嚴(yán)格，電機(jī)的穩(wěn)定輸出及其相應(yīng)參數(shù)直接

45、影響打印的精度。通過電機(jī)的自重，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，和轉(zhuǎn)速的綜合分析，選取型號(hào)為42HB40-054的電機(jī)作為打印機(jī)的動(dòng)力來源。</p><p>　　42HB40-054電機(jī)的外形尺寸</p><p>　　便攜式三維打印機(jī)打印機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　便式三維打印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如上圖所示，打印機(jī)有許多非標(biāo)準(zhǔn)件是通過三維軟件設(shè)計(jì)出來，然后再用工業(yè)打印機(jī)打印出來，需要注意的是在

46、建模的時(shí)候，一個(gè)整體部分要記得求和。包括有些地方受力比較大的，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮穩(wěn)定性，以防止工作影響打印效果。</p><p>　　3.便攜式三維打印機(jī)主要部件的受力分析</p><p>　　3.1 X方向運(yùn)動(dòng)光桿的受力分析</p><p>　　因?yàn)閤方向運(yùn)動(dòng)有兩根相同的光桿支撐，他們所受的力的大小方向都是一樣的，所以在做受力分析的時(shí)候先把它作為一根來算。先取光桿隨意一

47、點(diǎn)C，就是噴頭運(yùn)動(dòng)的位置作受力分析剪切力。同時(shí)求x1,x2位置的剪切力和彎矩。光桿受力的剪力圖和彎矩圖如下?，F(xiàn)在根據(jù)實(shí)際尺寸，算出噴頭在實(shí)際工作中光桿某點(diǎn)的剪力喝彎矩。</p><p><b>　　光桿的受力圖</b></p><p><b>　　剪力圖</b></p><p><b>　　彎矩圖</b&g

48、t;</p><p><b>　　光桿長(zhǎng)：266mm</b></p><p>　　令a=100mm,b=166mm</p><p><b>　　F=3N</b></p><p><b>　　確定約束力:</b></p><p>　　取X1=0.08,求出

49、噴頭力作用在X1點(diǎn)處時(shí)剪力和彎矩的大小</p><p>　　取X2=0.12，求出噴頭力作用在X2點(diǎn)處時(shí)剪力和彎矩的大小</p><p>　　4.三維打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　4.1創(chuàng)建連桿和運(yùn)動(dòng)副</p><p>　　運(yùn)動(dòng)仿真的第一步是創(chuàng)建連桿，基于打印機(jī)底座是不運(yùn)動(dòng)的，所以創(chuàng)建連桿的時(shí)候底座設(shè)為固定連桿，如圖所示：</p

50、><p>　　左右兩邊的絲桿是旋轉(zhuǎn)的，所以在創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副的時(shí)候選擇旋轉(zhuǎn)副，如圖所示：</p><p>　　X方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)副，矢量方向選x方向，如圖所示：</p><p>　　Y軸方向的運(yùn)動(dòng)，連桿包括底板，底板支架，還有光桿軸套，矢量方向?yàn)閥軸方向，具體如圖所示：</p><p>　　Z軸方向的運(yùn)動(dòng)仿真選擇的連桿比較多，中間部分除去噴頭其他都要選

51、，包括螺釘?shù)刃〔考缦聢D所示：</p><p>　　接下來就是解算方案，解算方案要注意的是時(shí)間和重力方向，時(shí)間設(shè)置為20s，重力放下是豎直向下，如圖所示：</p><p><b>　　4.2仿真動(dòng)畫</b></p><p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為3.64s時(shí)z軸方向噴頭往下運(yùn)動(dòng)到一定位置，差不多接觸到底板，如下圖所示：</p><

52、;p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為5s時(shí)，噴頭開始向右方向運(yùn)動(dòng)，底板向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)：</p><p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為13.9s時(shí)，噴頭往回運(yùn)動(dòng)，而y軸底板往正方向運(yùn)動(dòng)，z軸向上運(yùn)動(dòng)，如圖所示：</p><p>　　下圖為運(yùn)動(dòng)時(shí)間19.2s時(shí)三維打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：</p><p><b>　　4.3仿真運(yùn)動(dòng)作圖</b></p><

53、;p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫做完之后，就可以導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)仿真各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，包括電機(jī)的速度變化，X,Y,Z方向的運(yùn)動(dòng)速度變化。</p><p>　　Z軸左電機(jī)速度（J002）：</p><p>　　Z軸右電機(jī)速度（J003）：</p><p>　　從上圖可見左右兩點(diǎn)幾的速度變化是一樣的，因?yàn)樗麄兪峭诫姍C(jī)。開始的時(shí)候z軸往下運(yùn)動(dòng)速度降到一定位置，電機(jī)的速度慢慢減下來，

54、開始做有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，速度變化也是穩(wěn)定的。</p><p><b>　　X軸（J004）：</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)函數(shù)：</b></p><p>　　STEP( x, 3, 0, 6, 111)+STEP( x, 6, 0, 10, -98)+STEP( x, 10, 0, 20,50)</p>

55、<p><b>　　Y軸（J005）：</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)函數(shù)：</b></p><p>　　STEP( x, 3, 0, 6, 100)+STEP( x, 6,0, 15,-100)+STEP( x, 15,0, 20, 50)</p><p><b>　　Z軸（J4）：&l

56、t;/b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)函數(shù)：</b></p><p>　　STEP( x, 0, 0, 2, 49)+STEP( x, 2, 0, 20,-10)</p><p><b>　　5.小結(jié)</b></p><p>　　從3月份開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)到今天將近兩個(gè)月了，做畢業(yè)設(shè)計(jì)是一件

57、非常需要耐心的事情。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)便攜式三維打印機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開始對(duì)論文題目還不夠熟悉，無從下手，后來通過網(wǎng)上了解和圖書館借的資料慢慢做起了設(shè)計(jì)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識(shí)，特別是三維軟件的應(yīng)用，ug建模，運(yùn)動(dòng)仿真。期間遇到困難時(shí)主動(dòng)跟同學(xué)老師探討，問題得到了有效的解決。最后設(shè)計(jì)出來的三維打印機(jī)結(jié)構(gòu)基本達(dá)到了預(yù)期的效果。再次，我要感謝我的導(dǎo)師和對(duì)我有幫助的同學(xué)，有了他們的幫助和指導(dǎo)我的畢業(yè)論文才能順利完成。</

58、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 古麗萍. 蓄勢(shì)待發(fā)的3D打印機(jī)及其發(fā)展[J]. 數(shù)碼印刷. 2011(10) </p><p>　　[2] 劉鴻文. 材料力學(xué)1（第五版）高等教育出版社.2010</p><p>　　[3]王雪瑩.3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景預(yù)見 文章編號(hào)：1009