一种3D打印机的旋转臂式结构设计及关键算法研究

发布时间：2017-08-09 23:23

  本文关键词：一种3D打印机的旋转臂式结构设计及关键算法研究

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【摘要】：3D打印是近年来新兴的一种实体制造技术,它将信息、材料、机械、控制、生物等领域融合,通过数字化控制材料的逐层叠加实现三维实体的增材制造。3D打印技术与传统制造业相比,具有得天独厚的优势,目前在国内外发展迅速,且逐渐受到加工制造业的重视。在现代工业制造模式下,3D打印的产生是顺应市场的产物,其在产品应用方面取得的成果,促使这种技术的商品化趋势加速。目前市面上的的3D打印机主要分为两类:一是工业级3D打印设备,工业级设备精密级别高,打刷材料的适用范围广,可打印金属、陶瓷、和生物质材料等,但工业级设备体积大、成本高、对工作环境要求更严格,不适合家庭办公使用;二是使用型桌面级3D打印机,该设备可面向企业、家庭、学校教育等适用,桌面级3D打印机结构简单、成本低、对工作环境无严格要求,成型材料大多是PLA、ABS塑料等,对环境无污染。本文主要研究一种桌面级3D打印机。根据运动方式的不同,3D打印机的机械结构也不尽相同,但效率高、重量轻、节能好的结构是推动技术发展的重要方向,在3D打印上也不例外。传统的3D打印机结构体积大、构建多、结构复杂,作为一种使用设备,设备的机械结构是其中的关键技术。论文通过对论文通过对比现有3D打印机的结构特点,在现有3D打印机的基础上,提出了一种新的旋转臂式结构,该结构由两个方向的直线运动和一个方向的旋转运动复合完成,效率高、成本低、结构紧凑。制定了完整的机械设计方案,并对关键部位进行了参数化设计,分别对运动系统、导向构件、机身结构和外形分章节设计,并根据设计需求,在控制程序上做了一定的修改,并完成了相应算法。目前本课题已经完成了基于设计方案的试验样机的调试运行,取得了一定的研究成果,下一步针对样机出现的一些结构性问题进行改进,最终测试样机的工作效率、打印精度、稳定性、可靠性等。
【关键词】：3D打印 机械臂 旋转臂 结构设计
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP334.8
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 3D打印技术的兴起及发展8-9
• 1.2 3D打印技术国内外研究现状9-10
• 1.3 3D打印的技术原理及特点10-12
• 第2章 机械结构方案设计及分析12-21
• 2.1 常见 3D打印机的结构分析与比较12-17
• 2.1.1 普通XYZ型 3D打印机12-13
• 2.1.2 龙门构架式 3D打印机13-14
• 2.1.3 并联臂式 3D打印机14-15
• 2.1.4 直线臂式 3D打印机15-16
• 2.1.5 以上4种 3D打印机机械机构的比较分析16-17
• 2.2 整机运动方式设计方案17-20
• 2.2.1 总设计方案17-18
• 2.2.2 同步带传动结构18
• 2.2.3 丝杆传动结构18-19
• 2.2.4 齿轮减速旋转机构19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 机械系统的设计21-34
• 3.1 机械结构总体设计21-22
• 3.1.1 基本设计原则21
• 3.1.2 3D打印机主要设计参数21-22
• 3.2 主运动系统设计22-32
• 3.2.1 传动结构设计原则22-23
• 3.2.2 丝杆结构的选择23-25
• 3.2.3 同步带轮的选择25-28
• 3.2.4 步进电机的选择28-29
• 3.2.5 旋转平台的设计29-31
• 3.2.6 导向构件的选择31-32
• 3.3 机体结构设计32-33
• 3.3.1 设计原则32
• 3.3.2 机体结构设计32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 关键算法研究34-37
• 4.1 Arduino平台34
• 4.2 关键算法研究34-36
• 4.2.1 X方向进给量计算34-35
• 4.2.2 Y方向进给量计算35
• 4.2.3 X方向进给量补量计算35-36
• 4.3 程序编写36
• 4.4 本章小结36-37
• 第5章 结论37-38
• 附录A38-42
• 参考文献42-45
• 在读期间发表的学术论文及研究成果45-46
• 致谢46

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本文编号：647841