3d打印机的关键部件设计

3d打印机的关键部件设计

摘要近些年随着3d打印物品频繁的出现在各大媒体报纸上，3d打印逐渐走进人们的视野，受到了市场的广泛关注，而3d打印到底是一项怎样的科技呢？为什么3d打印技术受到人们广泛的关注和追捧？下面我为大家讲解揭秘3d打印技术到底是一样什么样神奇的技术。

3d打印技术是一种增材制造并且能够快速成型的技术，通过使用计算机把三维模型进行程序处理分层切片，生成加工路径及代码，再把金属粉末或者熔融塑料通过3d打印机逐层堆积起来。相比与我所学的车床制造的减材制造而言，3d打印具有节省材料，易于成型复杂外轮廓的模型等优势，但由于材料研发的阻碍，目前而言3d打印价格成本较高，材料种类比较少，无法大规模运用在市场上。打印技术的欠缺和材料研发的阻碍，就目前的3d打印出现价格成本高，效率不高，打印精度不够等一系列问题，这也是我这次选题所要研究的方向：选择设计打印机关键部件，使之在一定的经济条件下，能够在高效率制作的同时高精度的完成模型的制造。

关键词：3d打印 3d打印传动设计 3d打印电机选择设计滚珠丝杆选择设计

第一章绪论 1

1.1 3d打印技术简介 1

1.2 3d打印国内外研究现状及对比 8

1.2.1 3d打印在国内外研究现状 8

1.2.2 3d打印国外研究现状 9

1.2.3 国内外现状对比分析 9

1.3 本文的主要研究了内容 10

第二章 3d打印原理结构及传动方式 11

2.1 3d打印机的原理 11

2.2 3d打印机的结构组成 12

第三章 3d打印机传动系统的设计 14

3.1 传动系统 14

3.2 传动连接装置的选择 14

3.3 电机的选择 14

3.3.1 步进电机和伺服电机 14

3.3.2 步进电机种类的选择 15

3.3.3 步进电机型号的选择 17

3.4 丝杠的选择设计 18

3.4.1 丝杠的选择 18

3.4.2 滚珠丝杠型号的选择 20

第四章喷头的设计 22

4.1 喷嘴的选择设计 24

4.2 送料方式的选择 25

4.3 喷头的散热 26

4.4 打印速度设定和时间的估算 26

第五章 3d打印存在的问题和解决办法 27

5.1 打印模型问题 27

5.1.1 打印模型收缩问题 27

5.1.2 模型翘边问题 27

5.2 打印平台调平的问题 29

致谢 30

参考文献 31

1.2 3d打印国内外研究现状

1.2.1 3d打印在国内外研究现状

3d打印在国内发展30多年以来，由于早期发展主要是以学院的使用研究，所以大部分处于理论阶段，近几年随着3d打印技术和材料的不断突破和在各个行业中的运用，3d打印技术在国内已经开始走向实践道路，但是由于材料的限制，现国内主要分为“个人消费”领域和“工业制造”领域，在个人消费领域主要以FDM桌面机器和SLA光固化机器为主，主要材料为pla塑料和光敏树脂的消费。而在工业制造领域主要是金属激光烧结技术，随着近些年3d打印金属材料的研发不断深入和材料种类的开发，金属材料在工业制造被中广泛的运用，这将会带动3d打印制造业高速发展。就目前而言，3d打印机器主要以进口为主，但国产3d打印机的所占的份额也在不断上升，而就FDM机器而言打印精度已经不比进口机器差，甚至有所超越。

国内的3d打印技术尚为稚嫩，正处于推广运用的起步阶段，无论是工业制造领域还是个人消费领域，都存在着广阔的发展前景，对于工业领域，激光烧结技术主要是以打印服务和机器制造为主。而个人领域由于桌面打印技术相对金属烧结更加成熟，则软件设计,机器制造以及推广打印等多方面发展。

1.2.2 3d打印国外研究现状

经过多年的3d打印技术的发展，国外3d打印技术的研究已经有着巨大的进展，目前已经能够在0.01mm的单层层厚上实现了600dpi的精细分辨率。而且已经研究出可以用多种颜色的彩色打印，更是可以实现25mm层厚/每小时的z轴打印速率（垂直速率）的快速高效打印技术。

就目前而言，美国的3d Systems和Stratasys两家公司牢牢占据市场上多数份额，在欧美等国家，一种全新的商业模式正在形成——3d打印消费，并取得初步的成功。例如在制造业和个人消费等众多领域，3d打印技术已经可以以较低的成本，较高的效率生产小批量的定制部件，复杂精细模型的制造。此外3d打印在个人消费品领域有着大量的运用，如美国的创意消费品公司Quirky通过在线征集用户设计方案，以3d打印技术将征集来的设计方案转化成个性化定制实物模型，再通过电子市场的销售，每年能够持续稳定的推出60种以上创新产品，年收入达到100万美元。

1.2.3 国内外现状对比分析

通过国内外现状对比我们可以看出，国内的3d打印技术与国外相比还是存在较大的差距，2012年就全球统计的3d打印设备，美国占据全球数量的40%，欧洲占据15%，而国内只有8%。目前国内的3d打印技术存在这很多问题，1）3d打印材料的种类单一和材料的质量性能不能够满足只在需求，金属打印机机器成本和打印材料高昂等问题。2）机器的精度虽然提高了很多，但是稳定性不够，还需要迫切的提高。3）打印成型效率还待进一步提高。在中国3d打印还处于研究阶段和初步运用阶段，主要是教育培训等领域，国外则已经运用在多个制造领域，从航天航空，汽车到服装设计，手机外壳个性设计，医疗教育等众多领域都有着明显的运用。

随着智能制造技术的进一步发展，3d打印材料技术，成型工艺，信息处理技术的不断完善和开发，3d打印制造将会在传统制造行业中占据很大的比例，未来的3d打印技术将呈现精密化，智能化和效率化。

不断开发3d打印智能材料和成型工艺是目前至关重要的事情，现阶段3d打印材料的单一（只有PLA，ABS,树脂，尼龙和为数不多的金属材料）制约了3d打印市场的发展，同时成型时间长，模型表面有层纹（一层层累积）也是制约着3d打印技术快速发展，但是随着智能制造技术的不断发展，3d打印的效率和精度将会不断的提高，逐渐实现多层打印，彩色打印和多材料混合打印的发展趋势。而3d打印机也将会朝着桌面化，小型化和成本低廉化不断前进，3d打印模型可以连接现阶段的云平台，实现模型下载和切片处理一键化。

1.3 本文的主要研究了内容

本文在了解3d打印机的原理、结构的基础上，对3D打印机的关键部件进行了设计。主要包括:

1) 3D打印机的传动方式的选择、传动系统的结构设计以及传动部件的选择；

2) 3D打印机喷头的结构及选型；

3）3D现有的问题及可能的解决方案。

参考文献：

[1] 刘鸿文.材料力学第4版[M].高等教育出版社，2009:；33-37

[2] 郑堤,唐可洪.机电一体化设计基础[M].机械工业出版社，1997；53-56

[3] 吴宗泽等.机械设计第4版[M].高等教育出版社，2011；101-103

[4] 邹青等.机械制造技术基础课程设计指南[M].机械工业出版社，2002

[5] 寇尊权.机械设计课程设计[M].吉林科学技术出版社，1999 经济型数控床系统设计

[6] 王新义. [M].机械工业出版社，1993