ABSTRACT
With the development of science and technology, Rapid prototyping processing technology widely used in the field of machinery manufacturing. Raise the level of the application of rapid prototyping technology.Implement efficient processing molding process (Fused deposition molding process) is developed after the LOM process and SLA process a 3d printing technology. The technology by Scott Crump invented in 1988, Scott Crump founded Stratasys. Stratasys in 1992, launched the world's first based on FDM technology of 3d printer - \also marks the FDM technology into commercial stage..
The development and application of rapid prototyping technology is more and more extensive and in-depth, 3d printers demand is becoming more and more big. Thus, this paper 3d printers for fused deposition of mechanical structure design, including: 1. Improvement of single nozzle, 2 x-y scanning mechanism: 3. Z axis lifting mechanism: 4. Drive mechanism, and on the part of the structure is improved. X-y plane scanning in the direction of movement and the movement of mechanical transmission printer from precision synchronous belt drive into precision ball screw drive. Don't appear when in the journey is longer than the jitter, is beneficial to ensure accuracy of scanning, stable movement. Using linear stepper motor directly connected ball screw, response more accurately, because there is no middle part at the same time, simplify the mechanical structure, .
In fused deposition in the process of 3d printers, the design of the mechanical structure, motor and driving more reasonable and stable, and make it better in production
Key Words: Nozzle; X-y scanning mechanism; The Z axis lifting mechanism; Transmission mechanism
目 录
1绪 论............................................. 1
1.1熔融沉积快速成型技术的简介 ................................................................ 1
1.1.1PDM的技术原理介绍 ....................................................................... 1 1.1.2几种典型的快速成型技术 ............................................................. 1 1.2熔融沉积3D打印机概述 .......................................................................... 2 1.3熔融沉积3D打印机工艺原理及过程 ...................................................... 2 1.4熔融沉积3D打印机国内外现有技术水平 .............................................. 3 1.5熔融沉积3D打印机应用领域 .................................................................. 3 1.6本次设计的主要工作 ................................................................................ 3
1.6.1主要设计工作 ................................................................................. 3 1.6.2设计参数 ......................................................................................... 4 1.6.3设计思路及主要问题 ..................................................................... 4
2传动部分的设计 ..................................... 5
2.1设计任务 .................................................................................................... 5
2.1.1设计目的 ......................................................................................... 5 2.1.2机械结构传动装置设计 ................................................................. 5 2.2步进电机的选择设计任务 ........................................................................ 6
2.2.1步进电机的简介 ............................................................................. 6 2.3丝杠的选型 ................................................................................................ 8 2.4初选导轨型号 .......................................................................................... 10
3.传动部分总体设计的计算 ........................... 10
3.1丝杠的受力计算 ...................................................................................... 10 3.2导轨的选型及计算 .................................................................................. 11
3.2.1导轨刚度检验 ............................................................................... 11 3.3丝杠和螺母自锁校核计算 ...................................................................... 11
3.3.1 电机转矩的选择计算 .................................................................. 11 3.3.2 加热板材料的选择 ...................................................................... 13
4. 3D打印机的送丝机构 .............................. 14
4.1送丝机构的简介 ...................................................................................... 14 4.2送丝机构的设计 ...................................................................................... 14 4.3打印机框架及喷头的设计 ...................................................................... 15
4.3.1打印机框架 ................................................................................... 15 4.3.2喷头的设计 ................................................................................... 16
结 论 ............................................. 18 参考文献 ........................................... 19 致 谢 ............................................. 20
1绪 论
新材料,新技术,新技术在快速成型加工快速介绍,现在在快速成型加工零件加工的质量要求也越来越高,向高功能、高智商,高性能的方向开发;快速成型开发的方向是高功能;快速成型技术向高智能方向前进。熔融沉积快速成型技术(熔融沉积成型工艺)的新兴与发展,现如今已成为当前的热点行业,已成为业界关注的焦点。应用3 D打印机合理的机械结构是一个重要途径来提高快速成型加工的效率。目前,与传统的处理相比,机械结构优化设计可以很好的实现高效率和高质量、节能、可以形成良好的技术优势相结合。是未来的发展方向。
1.1熔融沉积快速成型技术的简介
1.1.1PDM的技术原理介绍
丝状材料选择性熔覆(熔融沉积制造、FDM),也称为熔融沉积造型。
FDM快速成型技术是一种不依赖于激光成型能源,将各种丝材加热熔融成型方法。这个过程通过熔融材料一步一步的固化形成一个三维产品,制造的产品目前市场约6.1%的份额。
1.1.2几种典型的快速成型技术
（1）立体光固造型 SLA
Stero Lightgraphy Apparatus又称激光立体造型、激光立体光刻或立体印刷装置. （2） 叠层实体制造LOM
叠层实体制造叠层的成型材料是热敏感类箔(纸等),激光切割，形成之初,激光根据底部的CAD三维实体模型切片平面几何信息数据, 对于铺在工作台上的箔材作轮廓切割,工作台下降一层高度后,回到一层(躺在底部)材料,加热辊滚压,与底层牢牢粘住,激光轮廓切割,根据相应的数据,然后重复,直到整个三维零件。LOM部分不收缩,不会变形,精度高达± 0.1毫米,切片厚度0.05 ~ 0.50毫米。
（3） 选择性激光烧结 SLS
选择性激光烧结选择激光烧结生产过程类似于SLA,使用红外CO2激光扫描加热层的金属粉末或塑料粉末使其达到其烧结温度,烧结金属或塑料制成的立体结构。
（4） 融积成型技术 FDM
集成产品成型技术(熔融沉积造型)的制造过程是首先通过系统随机快速切片层和SupportWorks软件CAD模型可分为极薄截面,生成控制FDM喷嘴的几何信息。操作,FDM热塑性材料(如聚酯塑料、ABS塑料、蜡、等等) 被加热头加工到临界状态,
根据微型计算机控制,计算机辅助设计的喷嘴沿平面几何信息来确定数据移动同时挤出半流动的材料,沉积凝固成精确的实际部分薄层,通过垂直提升系统下的新的形成层同时固化它,并固化层牢固地粘合在一起。所以,底部形成一个三维实体。FDM的生产精度达到± 0.127毫米,持续积累范围0.0254 ～0.0254毫米,它允许不同颜色的材料。
（5） 其它快速原型制造技术
直接成型铸造DSPC(直接壳生产铸造)来源于三维打印快速成型技术(3 d打印)。流程是计算机设计完毕的零件模型装进模壳设计装置, 利用微型机绘制浇注模,生产到所需的厚度,需要配备电子模型 （模芯壳模具组件）,然后输给模壳制造设备, 由电子模型制成固体的三维陶瓷模壳。取走疏松的陶瓷粉,露出完整的模壳,并使用熔模铸造的方法,对模壳最终处理,完成整个过程。该系统可以检测自己的印刷缺陷,不需要图纸,整个加工就可以完成。光屏蔽(SGC基地-固体-地面养护)由以色列肘的公司开发的,这一工艺是可以同时固化整个液体光聚合物。SGC技术使用丙烯酸盐光聚合物材料,它的生产精度可以达到0.1%,切片厚度约为0.1 ～ 0.15毫米, Cubital公司研制的Solider5600类型产品制作的工作最大的尺寸是508 * 508 * 356 mm,紫外灯功率2千瓦,每一层循环在90s左右。MRM(三菱化学快速成型)日本三菱化学化学最新的快速成型系统,原型可以直接放入模具中,被调用的“金属增强树脂成型复合材料(金属树脂模塑)”,比传统模具制造成本降低12,缩短成型时间的12 ～ 13。奥斯汀德克萨斯大学正在研究的高温选择性激光烧结(HTSLS),在取消聚合物粘结剂的技术上有了重大突破。结果表明,可用铜-锡或青铜-镍粉两相粉末、用“激光部分熔融低熔点”粉末技术来制造模具。
1.2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。
1.3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。