框架式3D打印机结构设计cad【9张】三维图＋设计说明书
框架式3D打印机结构设计
摘 要
随着现代工业的发展，传统的机械加工工艺已经无法满足现代工业的加工需求，为解决传统制造业生产成本高、生产周期长、复杂的曲面零件难以加工的问题。基于FDM技术，本文提出了一种框架式3D打印机。
3D打印技术作为一种新型的加工技术，自问世以来就得到了快速的发展，掀起了制造业革命的热潮，不仅改变了传统制造业的生产方式，也进入了我们的生活。通过分析对比市面上常见的3D打印机，本文设计了一种框架式3D打印机，主要完成了框架式3D打印机的机械结构和传动结构设计，完成了电机的选型和丝杠的设计校核，设计出了一种结构简单、成本低、容易普及且应用前景广泛的框架式3D打印机。
关键词：框架式3D打印机，电机，丝杠，带传动
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1. 2 研究的现状 1
1.2.1 国外的研究现状 2
1.2.2 国内的研究现状 3
1.3 3D打印机未来的发展前景 4
1.4 本次设计主要研究内容 4
2 工作机理分析及总体设计 6
2.1 3D打印工作机理 6
2.1.1 3D打印机的工作原理 6
2.1.2 3D打印机的分类 6
2.1.3 3D打印机的打印精度和速度分析 7
2.1.4 与传统技术的区别和优势 7
2.2 框计式3D打印机的总体设计 8
3 机械结构设计 9
3.1 电机的选型 9
3.1.1 Z轴电机选型 9
3.1.2 X和Y轴电机选型 11
3.2 丝杠螺母的设计 11
3.2.1 丝杠螺母机构 11
3.2.2 滚珠丝杠副的组成和特点 11
3.2.3 滚珠丝杠副机构的优点 12
3.2.4 丝杠选型计算 12
3.2.5 螺母的选型计算 14
3.3 导向光杆和轴承的设计 15
3.3.1 直线轴承的选择 15
3.3.2 直线轴承的安装和润滑 16
3.4 同步带轮的设计 16
3.5 联轴器的选型及校核 17
3.6轴承选型及校核 18
3.7喷头系统的设计 18
4 主要零部件的三维建模 20
4.1 Solidworks简介 20
4.2 主要零部件三维模型 20
5 总结与展望 23
5.1 总结 23
5.2 展望 24
致 谢 25
文 献 参 考 26
附录 28
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
随着科技的发展，传统的机械加工工艺已经不能满足现代工艺的加工需求，传统的制造业面临着加工生产周期长，且难以加工复杂曲面零件的问题，随着3D打印技术的出现，打破了传统的生产模式，使得传统制造工艺得到了改变，大大缩短了产品的生产制造周期。3D打印技术的核定思想是增材制造，这种独特的设计思想使得一些比较复杂的曲面零件也可以轻松加工，解决了传统的机械加工工艺无法加工复杂曲面零件的问题。目前市面上常见的3D打印机机大部分都是基于FDM技术，这种技术的3D打印机制造成本比较高，而且设备的维护成本也比较高，因此，3D打印机的国产化研发设计在我国就显得十分重要。从目前的发展现状来看，3D打印技术将逐步深入到我国制造业领域，推动我国高端制造业的发展。
本文设计的一种框架式3D打印成型设备，为后期开发更高端、更方便的打印设备提供了一定的理论参考，同时也为3D打印领域的发展奠定了一定的基础，增强了我国机械加工领域相关企业的竞争力，为企业的生产发展提供了理论研究的方向。3D打印设备的研发和使用，对提高我国机械加工制造领域的发展、提高我国新型产品的研发能力，增强我国的国际竞争力具有重大的意义。
1.2 研究的现状
3D打印技术的核心思想最早出在现在19世纪，1984年，美国商用公司研发了分层实体制造技术，制造了第一台商用3D打印机。其本质就是快速成型技术，根据逐层堆积的加工方式，将塑料或者其他固体材料加热融化使其按照要求重新叠加起来，从而直接打印出产品的三维模型。经过几十年的发展，根据其使用的材料的不同，目前市面上比较成熟的打印技术主要有光固化成型（SLA）、分层实体制造（LOM）、熔融沉积成型技术（FDM）、立体印刷打印（3DP）等。3D打印技术的出现，是传统机械制造行业一次革命性的飞跃，它脱离了传统的模具夹具生产，不需要考虑复杂零件的加工工艺，使得产品的生产成本大大减少，极大的减少了产品的制造周期，越复杂的零件其加工的优势越大。
1.2.1 国外的研究现状
3D打印技术兴起于二十世纪八十年代后期，后来逐步发展成一项机械加工制造技术，二十世纪末，Charles Hull首先研发出第一台商用打印机。随着社会的发展和科技的进步，国外加大了对于3D打印机的研发投入，3D打印机的功能越来越复杂。它从最初的的简单模型打印，到今天的复杂曲面零件的打印。1996年，3D打印机这个名字第一次被使用，2005年，Z Corporation公司设计研发了世界上第一台高精度彩色3D打印机SpectrumZ510,如图下图1.1所示。同年英国巴恩大学也发布了自己的开源3D打印机项目，从此3D打印机进入了快速的发展时期。
图1.1 SpectrumZ510 3D打印机
经过多年的发展，国外的3D打印技术发展的很快，目前已经可以实现0.01mm的打印厚度上实现600dpi的分辨率，实现24位彩色打印。美国的科罗拉多州Aleph Objects公司推出一款Lulzbot TAZ4的3D打印机，如下图1.2所示。这种新型的打印机改进了Y轴的基座，减少机器的打印时间，提高了打印的效率。该公司设计的3D打印机打印速度30mm/s，可以打印比较大的工件，同时也满足多个工件一起打印的情况，结构方面，Aleph Objects专门为其设计研发了一套传动系统，来提高打印机的打印质量。于此同时，Lulzbot TAZ4 3D打印机还配备有组装好的电子线路主机箱，方便使用者后续自己进行升级改造。因为3D打印机的快速发展，在国外的一些发达国家，3D打印服务已经广泛应用于汽车制造、航空航天、生物医药、医疗器械等相关领域。
图1.2 Lulzbot TAZ4 3D打印机
1.2.2 国内的研究现状
相比于国外，我国3D打印技术起步比较晚，从上世纪九十年代开始，清华大学、西安交通大学、华中科技大学等高校逐步开始研发和推广3D打印技术服务，经过多年的发展，我国在3D打印设备和3D打印材料等方面取得了显著的进步，部分技术已经达到得国际的领先地步。清华大学自己设计研发的LOM工艺材料，解决了FDM工艺用蜡和ABS材料的制备。华中科技大学设计研发了我国最大的工业级3D打印成型设备，最大工件的加工尺寸达到1.2m x 1.2m。除了工业级打印设备，我国还有很多生产桌面型3D打印机的企业，如下图1.3所示是我国北京太尔时代科技有限公司生产的桌面级3D打印设备UP plus。
