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XX学
毕 业 文
题目： 3D印机设计
学 院 机电学院
专业班级 电气班
届 次
学生姓名
学 号
指导教师
二OXX年X月X日
装
订
线
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目 录
摘Ⅰ
AbstractⅡ
引言 2
1绪 2
11 国外3D印机研究现状 2
111 国外3D印机研究现状 2
112 国3D印机研究现状 3
12 3D印机发展趋势 3
121 3D印产业未发展前景 3
122 3D印技术未发展趋势 4
13 3D印机工作原理特点 4
14 发展创新突破 6
2 总体方案结构设计 7
21 引言 7
22 总体框架设计 8
23 温度控制回路设计 8
24 XYZ三方控制电机设计 9
25 喷头移动喷出量调节设计 9
3 机械结构 10
31 传动方式选择 10
32 转动惯量计算 11
33 喷头选择 12
4 电机选择 13
41 伺服电机步进电机 13
42 直流交流伺服电机 15
43 负载转矩计算 15
44 印速度初步估计 16
5 传感器 16
51 温度传感器 16
52 机械位置传感器 18
53 压力传感器 19
6 3D印机优点面问题 21
61 3D印机优点 21
62 3D印技术面问题 21
参考文献 22
致谢 23
Contents
Summary Ⅰ
Abstract Ⅱ
1 Introduction 2
11 Research Status 3D printer at home and abroad2
111 Research Status of Foreign 3D printer2
112 Research Status of domestic 3D printers3
12 Trends of 3D printer3
121 Future prospects of 3D printing industry3
122 3D printing technology for future development4
13 3D printer works and features4
14 The development of innovative and breakthrough6
15 Chapter Summary7
2 Overall program and structural design7
21 Introduction7
22 The overall design of the framework8
23 Temperature control loop design8
24 XYZ three directional control motor design9
25 Mobile and spray nozzle design volume adjustment9
3 Mechanical structure10
31 Select Transmission10
32 Calculation of moment of inertia11 33 Select nozzle12
4 Select motor13
41 Comparison of servo motors and stepper motors13
42 Comparison of DC servo motor 15
43 The calculated of load torque15
44 Preliminary estimates Print Speed16
5 Sensor16
51 Comparison Temperature Sensor16
52 Mechanical position sensor 18
53Pressure sensor 19
6 Advantages of 3D printers and the problems faced 21
61 Advantages 3D printer 21
62 3D printing technology issues facing the 21
References 22
Acknowledgements 23
3D印机毕业设计
作者：姜云飞 指导教师：宋洪军
摘3D印两年开始流行种快速成形技术 数字模型文件基础 通
逐层印方式构造物体 日常生活中印机印面纸张材料 3D印机印出立体塑品产品文章3D印技术体系国外产业发展现状发展态势作综合介绍综述3D印技术基概念发展简史印程原理应领域广泛影响面问题等介绍3D技术发展历程3D印技术工作原理流程特点基础分析3D印技术创新点存问题展3D印技术未发展趋势
关键词3D印机快速成型结构设计社会制造
3D printer Graduation
Author Jiang Yunfei Instructor Song Hongjun
Abstract：3D printing is one of the last two years became popular rapid prototyping technology which is based digital model files through over the printed layer by layer approach to construct objects Our daily lives printer can print some flat sheet material and 3D printer to print out the threedimensional plastic goods products Article on 3D printing technology system status and domestic industrial development development made a comprehensive presentation situation review the basic concepts of 3D printing technology development history the printing process principles applications and the problems faced widespread impact etc In the development process of introduction of 3D technology working principle and characteristics of the process of 3D printing technology based on the analysis of 3D printing technology innovations and problems looked to the future development trend of 3D printing technology
Key words：3D printers rapid prototyping structural design social manufacture
引言
着时代进步生活水日渐提升时口急剧增长需越越物品满足物质生活条件势必造成物品求会越越高做工精细独特非量产物品会受广喜爱拥3D印先进技术通3D印机印种需想3D印技术应面广医疗行业科学研究产品模型建筑设计制造业食品等前景广泛
3D印技术种数字模型文件基础运粉末状金属塑料等粘合材料通逐层印方式构造物体技术3D印机出现世纪90年代中期种利光固化纸层叠等技术快速成型装置普通印机工作原理基相印机装液体粉末等印材料电脑连接通电脑控制印材料层层叠加起终计算机蓝图变成实物技术领域应制造服装建筑模型汽车巧克力甜品等
1 绪
11 国外3D印机研究现状
111 国外3D印机研究现状
十年探索发展3D印技术长足进步目前已够001mm单层厚度实现600dpi精细分辨率目前国际较先进产品实现时25mm厚度垂直速率实现24位色彩彩色印
目前全球3D印机行业美国3D SystemsStratasys两家公司产品占绝数市场份额外领域具较强技术实力特色企业研发团队美国Fab@HomeShapeways英国Reprap等
3D Systems公司全世界快速成型设备开发公司2011年11月收购3D印技术早发明者初专利拥者Z Corporation公司3D Systems奠定3D印领域龙头位Stratasys公司2010年传统印行业巨头惠普公司签订OEM合作协议生产HP品牌3D印机继2011年5月收购Solidscape公司Stratasys2012年4月色列著名3D印系统提供商Objet宣布合前国际3D印机制造业正处迅速兼整合程中行业巨头正加速崛起
目前欧美发达国家3D印技术已初步形成成功商模式消费电子业航空业汽车制造业等领域3D印技术较低成较高效率生产批量定制部件完成复杂精细造型外3D印技术获应领域性化消费品产业纽约家创意消费品公司Quirky通线征集户设计方案3D印技术制成实物产品通电子市场销售年够推出60种创新产品年收入达100万美元
112 国3D印机研究现状
20世纪90年代国高校开展3D印技术研发清华学现代成型学理分层实体制造FDM工艺等方面定科研优势华中科技学分层实体制造工艺方面优势已推出HRP系列成型机成型材料1西安交通学研制三维印机喷头开发光固化成型系统相应成型材料成型精度达402mm中国科技学行研制八喷头组合喷射装置微制造光电器件领域应总体言国3D印技术研发水国外相较差距
年国企业已实现3D印机整机生产销售企业特点海外国团队建立规模较产品技术国外厂商类产品相尚处低端目前国产3D印机印精度印速度印尺寸软件支持等方面难满足商需求技术水进步提升服务领域国东部发达城市已普遍企业应进口3D印设备开展商业化快速成型服务服务范围涉模具制作样品制作辅助设计文物复原等领域相国港台区3D印技术引入起步较早应更广泛港台着重技术应非研发
12 3D印机发展趋势
121 3D印产业未发展前景
根国际快速制造行业权威报告Wohlers Report 2011发布调查结果全球3D印产业产值1988～2010年间保持着262年均增长速度报告预期3D印产业未持续较快增长2016年包含设备制造服务产业总产值达31亿美元2020年达52亿美元2
3D印技术进步扩展产业应空间目前面着方面瓶颈挑战：成方面现3D印机造价普遍较昂贵进步普应带困难二印材料方面目前3D印成型材料采化学聚合物选择局限性较成型品物理特性较差安全方面存定隐患三精度速度效率方面目前3D印成品精度意印效率远适应规模生产需求受印机工作原理限制印精度速度间存严重突四产业环境方面3D印技术普产品更容易复制扩散制造业面盗版风险增现知识产权保护机制难适应产业未发展需求
Gartner公司2011年发布新技术发展展报告判断：3D印技术目前正进入概念炒作高峰阶段技术充分成熟流市场进步培育Gartner公司研究员认3D印技术成熟适应市场需求需5～10年时间较漫长发展程中产业会面增长期落空技术遭遇瓶颈投资撤离等风险
总中长期3D印产业具较广阔发展前景目前产业距离成熟阶段尚较距离3D印市场规模短期发展宜分高估现阶段产业界3D印领域投入应加强创新研发技术引进储备尤重视知识产权建设维护争取未市场竞争中占利位受概念炒作影响技术尚未充分完善现阶段规模投入产扩张投资回报面着较风险
122 3D印技术未发展趋势
着智制造进步发展成熟新信息技术控制技术材料技术等断广泛应制造领域3D印技术推更高层面未3D印技术发展体现出精密化智化通化便捷化等趋势
提升3D印速度效率精度开拓行印连续印件印材料印工艺方法提高成品表面质量力学物理性实现直接面产品制造开发更样3D印材料智材料功梯度材料纳米材料非均质材料复合材料等特金属材料直接成型技术成研究应热点3D印机体积型化桌面化成更低廉操作更简便更加适应分布化生产设计制造体化需求家庭日常应需求软件集成化实现CADCAPPRP体化设计软件生产控制软件够缝接实现设计者直接联网控制远程线制造拓展生物医学建筑车辆服装等更行业领域创造性应
13 3D印机工作原理特点
131 3D印工作原理
三维印技术喷头喷出粘结剂选择性零件截面印刷材料粉末面层层截面粘结起 制造复杂形状模型中空模型者制造复合材料非均匀材料模型等
图1三维印成型机剖面示意图 工艺先铺粉辊左右移动 供粉缸里粉末成型缸均匀铺层． 然计算机设计零件模型印头第层粉末喷出零件底层截面形状 然成型缸台移动定距离铺粉辊供粉缸中铺层粉末刚印完粉末层然印头第二层截面形状喷洒粘结剂层层递进零件整体横截面层层重叠起
图1 三维快速印技术工作原理示意图
3D印工作流程图2示 中3D建模3D印前提相面印刷中原稿3D建模质量坏决定3D印质量 般现3D建模软件实现建模CADProe等矢量建模软件轻易实现3D建模 3D分割建立3D模型分成薄片薄片厚度喷涂材料印机结构决定 厚度般十微米百微米等 分割工序软件实现类似印机驱动程序 喷墨印中成型材料层层喷涂基材
目前较流行做法先喷层胶水然面撒层粉末反复 喷头般采喷墨印机喷头 目前设备厂商提供专喷头 印完成需印出3D模型进行处理固化处理剥离模型修整等等终完成需模型制作
132 3D印特点
传统模型制作相3D印具传统模具制作具备优势表现
1． 制作精度高 20年发展3D印精度幅度提高 目前市面3D印成型精度基0．3mm
2． 制作周期短 传统模型制作需模具设计模具制作制作模型修整等工序制作周期长 3D印模具制作程模型生产时间缩短般时甚十分钟完成模型印
3． 实现性化制作 传统模型制作性化模型生产显力心者成高昂 3D印印数量没限制相成制作出
4． 制作材料样性 3D印系统实现材料印种材料样性满足领域需 金属石料高分子材料应3D印
5． 制作成相低 然现3D印系统3D印材料较贵果制作性化产品制作成相较低 加现新材料断出现成降未种趋势
14 发展创新突破
3D印作济学杂志封面题制造业新技术改变世界详细介绍3D印历史发展见3D印成项改变世界影响力日益关注 3D印价值体现想象力驰骋领域利3D印领域贴性化标签
纷纷展示3D印马铃薯巧克力镇模型甚扩展3D印汽车飞机3D印行业发展始终凸显着创新突破关键特质表现方面
141 3D印应领域扩展延伸
3D印优势2011年充分应生物医药领域利3D印进行生物组织直接印概念日益受推崇 较典型包括Open3DP创新组宣布3D印印骨骼组织应获成功利3D印技术制造类骨骼组织技术已成熟 哈佛学医学院研究组成功研制款实现生物细胞印设备 外3D印体器官尝试正研究中着3D印材料样化发展印技术革新3D印仅传统制造行业体现出非发展潜力时魅力更延伸食品制造服装奢侈品影视传媒教育等生活息息相关领域
142 3D印速度尺寸技术日新月异
速度突破2011年3D印机速度已突破送丝速度300mm秒极限达350mm秒体积突破3D印机体积适合行业需求呈现轻盈尺寸样化选择 目前已款适合办公室印巧3D印机断挑战轻盈极限未进入家庭奠定基础
ViennaUniversityof Technology研究项目中该团队设计迄止世界3D印设备降低印设备制造成未进驻家庭尺寸领域德国3D印公 司发布4000x2000x1000mm尺寸3D印机该款尺寸3D印机印尺寸部件次成型成33D印技术日新月异2011年Lexus外发布新3D印技术该技术基高科技循环编织技术激光进行3D印够编织方式制作复杂3D模型
143 设计台革新
基3D印民化普趋势3D印设计台正专业设计软件简单设计应发展中较成熟台基WEB3D设计台—— 3DTin外微软谷歌软件行业巨头相继推出基种开放台3D印应降低3D设计门槛甚应已普通户通类似玩乐高积木方式设计3D模型
2 总体方案结构设计
21 引言
3 D印机专业领域称快速原型机数字化增材技术十年发展逐渐走民市场技术成果推广仅意味着科技进步更工业制造概念增添新涵着广阔发展前景
文拟3 D印机控制结构进行设计综合考虑性济性基础完成元件 讨选型
3 D印机利材料印立体模型利计算机软件技术设计者设计出初步模型例座建筑工心脏瓣膜通3 D印机 进行印印原料种类繁机材料
机材料均例塑料橡胶等印材质视具体情况定
3 D印机9 0年代中期出现着科技发展已投种科技工作领域中通层层堆积液体粉末 生产物体制造次性机械产品模型牙科医生利
3 D印机扫描患者牙齿轮廓复制出合适矫正模具产品生产厂商完成产品功设计避免规模生产修改设计展览馆复制真品避免真品参观者损毁
22 总体框架设计
221 系统概述
系统输设备制定部分参数存储设备者直接计算机 中事先建三维模型单片机模型进行分析切片建立 必支撑结构单片机输出控制指令控制喷头型材料融化通定驱动电路驱动电机带动喷头进行XYZ三方移动控制喷头喷出系统调节喷出材料少 层外 部设备读取层参数印 层直全部模型完成完成 模型印需期材料回收工作
222 系统框架
输入设备存储外设位机温度传感器测量值单片机分析温度控制回路XYZ方电机控制喷出量控制显示设备
23 温度控制回路设计
231 印耗材选
实现3 D印机功选材料重较低熔点较粘滞性时需快速成型综合考虑终选择P L AA B S耗材
232 设计思路概述
ABSPLA耗材熔点230℃左右分解温度260℃通常成型温度250℃控制回路温度传感器返回前温度反馈回路保证温度保持恒定控制器统单片机输出指令4
(3) 控制回路方框图：
设置空气温度→单片机→DA转换器→加热电路→前温度→温度传感器→AD转换器→单片机
24 x y z三方控制电机设计
采化繁简思路三维印转化二维进转化维 印Z方采步进电机步进电机固定 量算出需步进角种方式三维印先转化面二维印Y方步进电机带动面二维印转化条 直线维印
25 喷头移动喷出量调节设计
251 喷头系统功求
熔融挤出系统喷头系统基求 成型料丝送液化器中中时充分熔化固态变 熔融态然进步更直径喷嘴中极细丝状挤出扫描路径堆积成型送丝速度扫描速度相匹配保证均匀 致材料堆积路径成型工艺喷头系统功求分解点
1) 供应功料丝丝筒拉出提供成型材料
2) 熔丝功料丝送进功送进固态料丝时充分 熔化成熔融状态料丝送液化器
3) 流道功提供熔融态材料稳定流动通道
4) 定径功挤出熔融态物料进行定径变满足求细直径丝材进行堆积
5) 出丝速度匹配出丝起停控制功出丝速度控根扫描速度进行调整实现互相匹配出丝应根路径扫描求时起停保证高质量成型路径尤路径 起停处
采熔丝挤出方式工艺原理时助液化器中未熔丝材活塞作熔融材料挤出喷嘴出丝推力似等送丝驱动力特定工艺原理中送丝功基础功等效
252 喷头实现方法设计
基选择印耗材喷出技术采熔融沉积成型技术根片层参数控制加热喷头模型断面层扫描时控制熔融液体体积 流量粘稠液体物料均匀铺洒断面层
液化器中电热丝提供热量料丝熔融熔融挤压快速成型工艺温度求极严格喷头出丝温度成型室温度严格处定温度范围旦设定温度控制值须保证温度保持稳状态产生较 扰动否成型质量受影响求液化器温度必须保持稳 定需加入述温度控制回路严格控制液化器温度
3 机械结构
31 传动方式选择
直线导轨分：滚轮直线导轨滚珠直线导轨两种前者速度快精度稍低者速度慢精度较高
滚珠丝杠工具机精密机械常传动元件功旋转运动转换成线性运动扭矩转换成轴反覆作力时兼具高精度逆性高效率特点
1)滑动丝杠副相驱动力矩13
滚珠丝杠副丝杠轴丝母间滚珠做滚动运动较高运动效率滑动丝杠副相驱动力矩达13达样运动结果需动力滚动丝杠副13省电方面帮助
2)高精度保证
滚珠丝杠副日制造世界高水机械设备连贯生产出特研削组装检查工序工厂环境方面温度·湿度进行严格控制完善品质理体制精度充分保证
3)微进
滚珠丝杠副利滚珠运动启动力矩极会出现滑动运动样爬行现象保证实现精确微进
4)侧隙刚性高
滚珠丝杠副加予压予压力轴间隙达负值进较高刚性(滚珠丝杠通滚珠加予压力实际机械装置等时滚珠斥力丝母部刚性增强)
5)高速进
滚珠丝杠运动效率高发热实现高速进(运动)
32 转动惯量计算
滚珠丝杠根国家标准JBT9893－1999 选长度L10m公称直径D12mm公称导程mmPh405
系统言丝杠传动折算马达轴总惯量：
JtZ1+1i2[Z2+JS+JW](kgm2)++
中i两齿轮传动处取iZ1Z21
符号说明：
Z1——齿轮l 轴转动惯量J100018kgm2
Z2——齿轮2 转动惯量取J200018kgm2×
Js——丝杠转动惯量kgm2×
Jw工作台折算丝杠动惯量
W——工作台重量工作台轻取6kg
S——丝杠螺距4mm
g——重力加速度98ms2
圆柱体转动惯量：J18MD2
M圆柱体质量 D圆柱体直径
选丝杠密度（类铁）78gm3r
滚珠丝杠转动惯量：
JS14πD2pl*18D2314*00124*10*780032159*105( kgm2 )
Jw6*00042(98*4π2)248*107( kgm2 )
Jt3*103 ( kgm2)
见Jt——两齿轮转动惯量决定电机功率输出求苛刻功率高情况实现高转速
惯量系统该系统启动加速制动性反应快较理想
类电机高转速般3000rmin取3000参考研究
360dpi分辨率考虑英寸254mm应360色点两色点距离254360007mm印喷头双排印喷头周期移动距离d007*2014mm喷墨次喷粘剂次两喷头喷出步
设定机械精度：0005mm应脉量
i1求丝杆转圈喷头前进4mm机械精度应
丝杆转周位机应该发出指令脉4mm0005mm800（）
应转速约3000位机脉力少800*30006040000rs 应6000转转速位机脉力80000rs电子齿轮变
CMX ：电子齿轮分子电机编码器反馈脉
CDV ：电子齿轮分母位机定脉（指令脉）
电子齿轮CMXCDV（131072×100） 800006553600200000328
计算电子齿轮目——电子齿轮位机定脉换算成电机编码器反馈脉等意义信号便控制中心定指令求控制伺服转动定位外通位机脉力估算实现性知方案合理性
33 喷头选择
选Konica512L型号实现宽度满足分辨率满足控制X轴方运动Y轴方电机控制控制方式类似单次位移361mm精度控制样双排式排列方式走完幅面时间相单排式减半利印速度提高
4 电机选择
41 伺服电机步进电机
控制电机较选取：电机控制系统运动程需分驱动伺服驱动步进两类伺服速度控制位置控制模式
42 交流直流伺服电机
20世纪60年代早直流电机作执行部件70年代交流伺服电机性价断提高逐渐取代直流电机成伺服系统导执行电机控制器功完成伺服系统闭环控制包括力矩速度位置等通常说伺服驱动器已包括控制器基功功率放部分然采功率步进电机直接驱动开环伺服系统90年代谓济型数控领域获广泛迅速交流伺服取代
伺服电机考虑直流交流两种6：直流电动机存固缺点电刷换器易磨损需常维护换器换时会产生火花电动机 高速度受限制应环境受限制直流电动机结构复杂制造困难钢铁材料消耗制造成高交流电动机特鼠笼式感应电动机没述缺点转子惯量较直流电机动态响应更样体积交流电动机输出功率直流电动机提高10﹪～70﹪外交流电动机容量直流电动机造达更高电压转速
PMSM定子转子测量转子位置传感器构成定子般三相感应电机类似采三相称绕组结构轴线空间彼相差120度转子贴磁性体般两磁极位置传感器般光电编码器旋转变压器
43 负载转矩计算
PMSM定子转组产生旋转磁场机理感应电机相点转子永磁体nns相（步）两磁场相互作产生转矩定子绕组产生旋转磁场作旋转磁极吸引转子磁极起旋转(性相斥异性相吸)
中θ失调角称功率角K定子端电压转子磁势（磁密)积成正FyFs分转子定子磁势磁密p极数
θ90度角时应转矩称步转矩前算负载转矩Jt30*103kgm2进行惯量匹配
根牛顿第二定律：进系统需力矩T 系统传动惯量J × 角加速度a角加速度α影响系统动态特性α越控制器发出指令系统执行完毕时间越长系统反应越慢果α变化系统反应忽快忽慢影响加工精度马达选定输出T值变果希α变化J应该量
传动惯量伺服系统精度稳定性动态响应影响惯量系统机械常数响应慢会系统固频率降容易产生谐振限制伺服带宽影响伺服精度响应速度惯量适增改善低速爬行时利机械设计时影响系统刚度条件应量减惯量
通常负载惯量电机惯量5倍超10倍
功率P2π*nT60旋转运动物体说转矩惯量关系正直线运动物体受力质量关系
44 印速度初步估计
计划Y轴方移动10次宽度达361mm计算喷头走完1幅面时间T计划彩印周期T秒暂时忽略10次Y方移动时间：
电机转应丝杆1转应10导程4mm360mm需电机转90r高转速时电机秒转50r应时间18s10回约18秒x轴方10次加减速应总时间6s走完幅面需概24秒加余误差时间30秒完成幅面T30s基实现1分钟印2页求7
求电机匀加速需时间
电机300ms表示静止加速额定转速时间角加速度
α50*2π031047rads2
MMa+Mf
Ma(Im+It)α
MfμWS2πηι
式中Ma——电机启动加速力矩
JmJt——电机身惯量负载惯量（kg·m3）
Mf——导轨摩擦折算电机转矩（N·m）
μ——摩擦系数取01
η——传递机械效率取015
滚动螺旋传动传动效率取095滚动球轴承传动效率099齿轮传动效率093总传动效率：
η095*099*093*0990866´´´h
导轨磨擦折算电机侧转矩：Mf01*6*0004(2π*0866*1)44*104
需输出力矩
TJα+Mf(30*103+0388*104)*1047+44*104318Nm
出力力矩T318出力力矩381 满足求
5 传感器
51 温度传感器
¸´温度传感器接触式特适合1200℃热容腐蚀性象连续线测温接触式测温系统结构简单体积维护方便价格低廉方便组成路集中测量控制系统a
面两表分析非接触时1000摄氏度误差较应该采接触式温度传感器中热敏电阻铜温度测量范围50~150℃精度01~03间标准化程度高精度灵敏度均较设计讲铜更加适合作温度传感器
52 机械位置传感器
支持直线运动传动方式螺杆皮带两种螺杆精度皮带高载荷速度低三维印机印头基受力载荷没求印机运动特点时水两方速度越快越垂直方精度越高越速度谓（完层动次）印机传动设计般水方皮带（步带)垂直方螺杆
53 压力传感器
压力传感器检测两喷头分应三原色颜料量粘剂量固体粉末情况检测物量够时候反馈提醒户加入颜料粘剂粉末应表格采电位器做测量达较高精度
6 3D印机优点面问题
61 3D印机优点
3D印技术优点：
1制造快速 3D印技术行工程中进行复杂原型者零件制造效手段产品设计模具生产步进行提高企业研发效率缩短产品设计周期极降低新品开发成风险外形尺寸较特异形产品尤适[8]
2CADCAM技术集成 快速成型技术集成CADCAM激光技术数控技术化工材料工程等项技术设计制造体化概念完美实现
3完全现三维效果 快速成型制造完成零部件完全真实现三维造型外表面异形曲面腔异形孔真实准确完成造型需助外部设备进行修复
4材料种类繁 目前止类3D印机设备材料种类树脂尼龙塑料石蜡纸金属陶瓷粉末满足绝数产品材料机械性需求
5创造显著济效益 传统机械加工方式较开发成节约10倍样快速成型技术缩短企业产品开发周期新品开发程中出现反复修改设计方案问题减少消修改模具问题创造济效益十分明显
6应行业领域广 3D印技术年发展技术已形成套体系样应行业逐渐扩产品设计模具设计制造材料工程医学研究文化艺术建筑工程等等逐渐3D印技术3D印技术着广阔前景
62 3D印技术面问题
现3D印技术精度约01ｍｍ 3D印机身售价偏高着技术进步成降低台普通3D印机成1985年激光印机低生物3D印机面着诸挑战中印出器官身体器官尤组织更结合印出器官身体组织需身体血相连非常难实现 旦克服技术障碍未十年生物印技术成项标准技术
然实现3D印技术规模少挑战 首先印材料根印商品需种特殊种类金属塑料陶瓷等成较高
产权保护： 3D印技术意义仅改变资工作分配模式改变知识产权规 该技术出现制造业成功取决生产规模取决创意 然单创意够模仿者创新者轻易举市场快速推出新产品 竞争优势前未变前更短
旦物品数字文件描述会变容易复制传播然盗版会变更加猖獗 新玩具草图双鞋设计方案网流传时知识产权拥者会失更知识产权领域进行斗争会更加激烈着开源软件新非商业模式出现3D印技术需目前更加严谨更加宽松法规验证
税务问题：税务局海关交易征税基商品价值果货物制造模式通购买3D印机耗材网载设计文件行印出需物品传统征税模式难继 未税基增值税消费税转税营业税
参考文献
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[4] 刘厚莫健华等三维印快速成形技术应 [ J]．机械科学技术200891214．
[5] 陈步庆林柳兰等．三维印技术系统研究 [J]．机电体化2005（4）3132
[6] 杨玲周天瑞三维印快速成形技术应浙江科技学院学报200921(3)7880
[7]刘厚莫健华等三维印快速成形技术应机械科学技术200727(9)2326
[8]胡发宗赵毅等三维立体印机成形技术海交通学2012(8)1618
致 谢
光阴荏苒美学时光画句号回仿佛昨日孜孜倦老师善良爱学美丽幽静校园直陪伴着见证成长
毕业文暂告收尾意味着XX学机械电子工程学院四年学生活结束回首生宝贵时光样校园中众学富五车华横溢老师熏陶度实荣幸极四年时间里学思想受益非浅身努力外位老师学朋友关心支持鼓励分开
首先感谢导师XX老师文老师悉心指导完成老师选题十分重视提纲完成初稿修改完善定稿问花费量心血导师严谨治学态度渊博学识独特学术思维丝苟工作作风热情品质满怀敬意
次感谢父母二十年辛勤养育恩正支持鼓励利完成学业正关心默默奉献创造优越条件学道路乐观勇直前
然十分感谢四年夕相处老师学感谢老师学四年关心鼓励学生活充满感动支持鼓励次毕业文会利完成
感谢毕业设计中帮助良师益友学设计中引参考著作者感谢母校山东农业学
百忙中抽时间文进行审阅评议参文答辩位老师表示真诚感谢谢谢
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XX学
毕 业 文
题目： 3D印机设计
学 院 机电学院
专业班级 电气班
届 次
学生姓名
学 号
指导教师
二OXX年X月X日
装
订
线
…………………… ………… ………… ………
目 录
摘Ⅰ
AbstractⅡ
引言 2
1绪 2
11 国外3D印机研究现状 2
111 国外3D印机研究现状 2
112 国3D印机研究现状 3
12 3D印机发展趋势 3
121 3D印产业未发展前景 3
122 3D印技术未发展趋势 4
13 3D印机工作原理特点 4
14 发展创新突破 6
2 总体方案结构设计 7
21 引言 7
22 总体框架设计 8
23 温度控制回路设计 8
24 XYZ三方控制电机设计 9
25 喷头移动喷出量调节设计 9
3 机械结构 10
31 传动方式选择 10
32 转动惯量计算 11
33 喷头选择 12
4 电机选择 13
41 伺服电机步进电机 13
42 直流交流伺服电机 15
43 负载转矩计算 15
44 印速度初步估计 16
5 传感器 16
51 温度传感器 16
52 机械位置传感器 18
53 压力传感器 19
6 3D印机优点面问题 21
61 3D印机优点 21
62 3D印技术面问题 21
参考文献 22
致谢 23
Contents
Summary Ⅰ
Abstract Ⅱ
1 Introduction 2
11 Research Status 3D printer at home and abroad2
111 Research Status of Foreign 3D printer2
112 Research Status of domestic 3D printers3
12 Trends of 3D printer3
121 Future prospects of 3D printing industry3
122 3D printing technology for future development4
13 3D printer works and features4
14 The development of innovative and breakthrough6
15 Chapter Summary7
2 Overall program and structural design7
21 Introduction7
22 The overall design of the framework8
23 Temperature control loop design8
24 XYZ three directional control motor design9
25 Mobile and spray nozzle design volume adjustment9
3 Mechanical structure10
31 Select Transmission10
32 Calculation of moment of inertia11 33 Select nozzle12
4 Select motor13
41 Comparison of servo motors and stepper motors13
42 Comparison of DC servo motor 15
43 The calculated of load torque15
44 Preliminary estimates Print Speed16
5 Sensor16
51 Comparison Temperature Sensor16
52 Mechanical position sensor 18
53Pressure sensor 19
6 Advantages of 3D printers and the problems faced 21
61 Advantages 3D printer 21
62 3D printing technology issues facing the 21
References 22
Acknowledgements 23
3D印机毕业设计
作者：姜云飞 指导教师：宋洪军
摘3D印两年开始流行种快速成形技术 数字模型文件基础 通
逐层印方式构造物体 日常生活中印机印面纸张材料 3D印机印出立体塑品产品文章3D印技术体系国外产业发展现状发展态势作综合介绍综述3D印技术基概念发展简史印程原理应领域广泛影响面问题等介绍3D技术发展历程3D印技术工作原理流程特点基础分析3D印技术创新点存问题展3D印技术未发展趋势
关键词3D印机快速成型结构设计社会制造
3D printer Graduation
Author Jiang Yunfei Instructor Song Hongjun
Abstract：3D printing is one of the last two years became popular rapid prototyping technology which is based digital model files through over the printed layer by layer approach to construct objects Our daily lives printer can print some flat sheet material and 3D printer to print out the threedimensional plastic goods products Article on 3D printing technology system status and domestic industrial development development made a comprehensive presentation situation review the basic concepts of 3D printing technology development history the printing process principles applications and the problems faced widespread impact etc In the development process of introduction of 3D technology working principle and characteristics of the process of 3D printing technology based on the analysis of 3D printing technology innovations and problems looked to the future development trend of 3D printing technology
Key words：3D printers rapid prototyping structural design social manufacture
引言
着时代进步生活水日渐提升时口急剧增长需越越物品满足物质生活条件势必造成物品求会越越高做工精细独特非量产物品会受广喜爱拥3D印先进技术通3D印机印种需想3D印技术应面广医疗行业科学研究产品模型建筑设计制造业食品等前景广泛
3D印技术种数字模型文件基础运粉末状金属塑料等粘合材料通逐层印方式构造物体技术3D印机出现世纪90年代中期种利光固化纸层叠等技术快速成型装置普通印机工作原理基相印机装液体粉末等印材料电脑连接通电脑控制印材料层层叠加起终计算机蓝图变成实物技术领域应制造服装建筑模型汽车巧克力甜品等
1 绪
11 国外3D印机研究现状
111 国外3D印机研究现状
十年探索发展3D印技术长足进步目前已够001mm单层厚度实现600dpi精细分辨率目前国际较先进产品实现时25mm厚度垂直速率实现24位色彩彩色印
目前全球3D印机行业美国3D SystemsStratasys两家公司产品占绝数市场份额外领域具较强技术实力特色企业研发团队美国Fab@HomeShapeways英国Reprap等
3D Systems公司全世界快速成型设备开发公司2011年11月收购3D印技术早发明者初专利拥者Z Corporation公司3D Systems奠定3D印领域龙头位Stratasys公司2010年传统印行业巨头惠普公司签订OEM合作协议生产HP品牌3D印机继2011年5月收购Solidscape公司Stratasys2012年4月色列著名3D印系统提供商Objet宣布合前国际3D印机制造业正处迅速兼整合程中行业巨头正加速崛起
目前欧美发达国家3D印技术已初步形成成功商模式消费电子业航空业汽车制造业等领域3D印技术较低成较高效率生产批量定制部件完成复杂精细造型外3D印技术获应领域性化消费品产业纽约家创意消费品公司Quirky通线征集户设计方案3D印技术制成实物产品通电子市场销售年够推出60种创新产品年收入达100万美元
112 国3D印机研究现状
20世纪90年代国高校开展3D印技术研发清华学现代成型学理分层实体制造FDM工艺等方面定科研优势华中科技学分层实体制造工艺方面优势已推出HRP系列成型机成型材料1西安交通学研制三维印机喷头开发光固化成型系统相应成型材料成型精度达402mm中国科技学行研制八喷头组合喷射装置微制造光电器件领域应总体言国3D印技术研发水国外相较差距
年国企业已实现3D印机整机生产销售企业特点海外国团队建立规模较产品技术国外厂商类产品相尚处低端目前国产3D印机印精度印速度印尺寸软件支持等方面难满足商需求技术水进步提升服务领域国东部发达城市已普遍企业应进口3D印设备开展商业化快速成型服务服务范围涉模具制作样品制作辅助设计文物复原等领域相国港台区3D印技术引入起步较早应更广泛港台着重技术应非研发
12 3D印机发展趋势
121 3D印产业未发展前景
根国际快速制造行业权威报告Wohlers Report 2011发布调查结果全球3D印产业产值1988～2010年间保持着262年均增长速度报告预期3D印产业未持续较快增长2016年包含设备制造服务产业总产值达31亿美元2020年达52亿美元2
3D印技术进步扩展产业应空间目前面着方面瓶颈挑战：成方面现3D印机造价普遍较昂贵进步普应带困难二印材料方面目前3D印成型材料采化学聚合物选择局限性较成型品物理特性较差安全方面存定隐患三精度速度效率方面目前3D印成品精度意印效率远适应规模生产需求受印机工作原理限制印精度速度间存严重突四产业环境方面3D印技术普产品更容易复制扩散制造业面盗版风险增现知识产权保护机制难适应产业未发展需求
Gartner公司2011年发布新技术发展展报告判断：3D印技术目前正进入概念炒作高峰阶段技术充分成熟流市场进步培育Gartner公司研究员认3D印技术成熟适应市场需求需5～10年时间较漫长发展程中产业会面增长期落空技术遭遇瓶颈投资撤离等风险
总中长期3D印产业具较广阔发展前景目前产业距离成熟阶段尚较距离3D印市场规模短期发展宜分高估现阶段产业界3D印领域投入应加强创新研发技术引进储备尤重视知识产权建设维护争取未市场竞争中占利位受概念炒作影响技术尚未充分完善现阶段规模投入产扩张投资回报面着较风险
122 3D印技术未发展趋势
着智制造进步发展成熟新信息技术控制技术材料技术等断广泛应制造领域3D印技术推更高层面未3D印技术发展体现出精密化智化通化便捷化等趋势
提升3D印速度效率精度开拓行印连续印件印材料印工艺方法提高成品表面质量力学物理性实现直接面产品制造开发更样3D印材料智材料功梯度材料纳米材料非均质材料复合材料等特金属材料直接成型技术成研究应热点3D印机体积型化桌面化成更低廉操作更简便更加适应分布化生产设计制造体化需求家庭日常应需求软件集成化实现CADCAPPRP体化设计软件生产控制软件够缝接实现设计者直接联网控制远程线制造拓展生物医学建筑车辆服装等更行业领域创造性应
13 3D印机工作原理特点
131 3D印工作原理
三维印技术喷头喷出粘结剂选择性零件截面印刷材料粉末面层层截面粘结起 制造复杂形状模型中空模型者制造复合材料非均匀材料模型等
图1三维印成型机剖面示意图 工艺先铺粉辊左右移动 供粉缸里粉末成型缸均匀铺层． 然计算机设计零件模型印头第层粉末喷出零件底层截面形状 然成型缸台移动定距离铺粉辊供粉缸中铺层粉末刚印完粉末层然印头第二层截面形状喷洒粘结剂层层递进零件整体横截面层层重叠起
图1 三维快速印技术工作原理示意图
3D印工作流程图2示 中3D建模3D印前提相面印刷中原稿3D建模质量坏决定3D印质量 般现3D建模软件实现建模CADProe等矢量建模软件轻易实现3D建模 3D分割建立3D模型分成薄片薄片厚度喷涂材料印机结构决定 厚度般十微米百微米等 分割工序软件实现类似印机驱动程序 喷墨印中成型材料层层喷涂基材
目前较流行做法先喷层胶水然面撒层粉末反复 喷头般采喷墨印机喷头 目前设备厂商提供专喷头 印完成需印出3D模型进行处理固化处理剥离模型修整等等终完成需模型制作
132 3D印特点
传统模型制作相3D印具传统模具制作具备优势表现
1． 制作精度高 20年发展3D印精度幅度提高 目前市面3D印成型精度基0．3mm
2． 制作周期短 传统模型制作需模具设计模具制作制作模型修整等工序制作周期长 3D印模具制作程模型生产时间缩短般时甚十分钟完成模型印
3． 实现性化制作 传统模型制作性化模型生产显力心者成高昂 3D印印数量没限制相成制作出
4． 制作材料样性 3D印系统实现材料印种材料样性满足领域需 金属石料高分子材料应3D印
5． 制作成相低 然现3D印系统3D印材料较贵果制作性化产品制作成相较低 加现新材料断出现成降未种趋势
14 发展创新突破
3D印作济学杂志封面题制造业新技术改变世界详细介绍3D印历史发展见3D印成项改变世界影响力日益关注 3D印价值体现想象力驰骋领域利3D印领域贴性化标签
纷纷展示3D印马铃薯巧克力镇模型甚扩展3D印汽车飞机3D印行业发展始终凸显着创新突破关键特质表现方面
141 3D印应领域扩展延伸
3D印优势2011年充分应生物医药领域利3D印进行生物组织直接印概念日益受推崇 较典型包括Open3DP创新组宣布3D印印骨骼组织应获成功利3D印技术制造类骨骼组织技术已成熟 哈佛学医学院研究组成功研制款实现生物细胞印设备 外3D印体器官尝试正研究中着3D印材料样化发展印技术革新3D印仅传统制造行业体现出非发展潜力时魅力更延伸食品制造服装奢侈品影视传媒教育等生活息息相关领域
142 3D印速度尺寸技术日新月异
速度突破2011年3D印机速度已突破送丝速度300mm秒极限达350mm秒体积突破3D印机体积适合行业需求呈现轻盈尺寸样化选择 目前已款适合办公室印巧3D印机断挑战轻盈极限未进入家庭奠定基础
ViennaUniversityof Technology研究项目中该团队设计迄止世界3D印设备降低印设备制造成未进驻家庭尺寸领域德国3D印公 司发布4000x2000x1000mm尺寸3D印机该款尺寸3D印机印尺寸部件次成型成33D印技术日新月异2011年Lexus外发布新3D印技术该技术基高科技循环编织技术激光进行3D印够编织方式制作复杂3D模型
143 设计台革新
基3D印民化普趋势3D印设计台正专业设计软件简单设计应发展中较成熟台基WEB3D设计台—— 3DTin外微软谷歌软件行业巨头相继推出基种开放台3D印应降低3D设计门槛甚应已普通户通类似玩乐高积木方式设计3D模型
2 总体方案结构设计
21 引言
3 D印机专业领域称快速原型机数字化增材技术十年发展逐渐走民市场技术成果推广仅意味着科技进步更工业制造概念增添新涵着广阔发展前景
文拟3 D印机控制结构进行设计综合考虑性济性基础完成元件 讨选型
3 D印机利材料印立体模型利计算机软件技术设计者设计出初步模型例座建筑工心脏瓣膜通3 D印机 进行印印原料种类繁机材料
机材料均例塑料橡胶等印材质视具体情况定
3 D印机9 0年代中期出现着科技发展已投种科技工作领域中通层层堆积液体粉末 生产物体制造次性机械产品模型牙科医生利
3 D印机扫描患者牙齿轮廓复制出合适矫正模具产品生产厂商完成产品功设计避免规模生产修改设计展览馆复制真品避免真品参观者损毁
22 总体框架设计
221 系统概述
系统输设备制定部分参数存储设备者直接计算机 中事先建三维模型单片机模型进行分析切片建立 必支撑结构单片机输出控制指令控制喷头型材料融化通定驱动电路驱动电机带动喷头进行XYZ三方移动控制喷头喷出系统调节喷出材料少 层外 部设备读取层参数印 层直全部模型完成完成 模型印需期材料回收工作
222 系统框架
输入设备存储外设位机温度传感器测量值单片机分析温度控制回路XYZ方电机控制喷出量控制显示设备
23 温度控制回路设计
231 印耗材选
实现3 D印机功选材料重较低熔点较粘滞性时需快速成型综合考虑终选择P L AA B S耗材
232 设计思路概述
ABSPLA耗材熔点230℃左右分解温度260℃通常成型温度250℃控制回路温度传感器返回前温度反馈回路保证温度保持恒定控制器统单片机输出指令4
(3) 控制回路方框图：
设置空气温度→单片机→DA转换器→加热电路→前温度→温度传感器→AD转换器→单片机
24 x y z三方控制电机设计
采化繁简思路三维印转化二维进转化维 印Z方采步进电机步进电机固定 量算出需步进角种方式三维印先转化面二维印Y方步进电机带动面二维印转化条 直线维印
25 喷头移动喷出量调节设计
251 喷头系统功求
熔融挤出系统喷头系统基求 成型料丝送液化器中中时充分熔化固态变 熔融态然进步更直径喷嘴中极细丝状挤出扫描路径堆积成型送丝速度扫描速度相匹配保证均匀 致材料堆积路径成型工艺喷头系统功求分解点
1) 供应功料丝丝筒拉出提供成型材料
2) 熔丝功料丝送进功送进固态料丝时充分 熔化成熔融状态料丝送液化器
3) 流道功提供熔融态材料稳定流动通道
4) 定径功挤出熔融态物料进行定径变满足求细直径丝材进行堆积
5) 出丝速度匹配出丝起停控制功出丝速度控根扫描速度进行调整实现互相匹配出丝应根路径扫描求时起停保证高质量成型路径尤路径 起停处
采熔丝挤出方式工艺原理时助液化器中未熔丝材活塞作熔融材料挤出喷嘴出丝推力似等送丝驱动力特定工艺原理中送丝功基础功等效
252 喷头实现方法设计
基选择印耗材喷出技术采熔融沉积成型技术根片层参数控制加热喷头模型断面层扫描时控制熔融液体体积 流量粘稠液体物料均匀铺洒断面层
液化器中电热丝提供热量料丝熔融熔融挤压快速成型工艺温度求极严格喷头出丝温度成型室温度严格处定温度范围旦设定温度控制值须保证温度保持稳状态产生较 扰动否成型质量受影响求液化器温度必须保持稳 定需加入述温度控制回路严格控制液化器温度
3 机械结构
31 传动方式选择
直线导轨分：滚轮直线导轨滚珠直线导轨两种前者速度快精度稍低者速度慢精度较高
滚珠丝杠工具机精密机械常传动元件功旋转运动转换成线性运动扭矩转换成轴反覆作力时兼具高精度逆性高效率特点
1)滑动丝杠副相驱动力矩13
滚珠丝杠副丝杠轴丝母间滚珠做滚动运动较高运动效率滑动丝杠副相驱动力矩达13达样运动结果需动力滚动丝杠副13省电方面帮助
2)高精度保证
滚珠丝杠副日制造世界高水机械设备连贯生产出特研削组装检查工序工厂环境方面温度·湿度进行严格控制完善品质理体制精度充分保证
3)微进
滚珠丝杠副利滚珠运动启动力矩极会出现滑动运动样爬行现象保证实现精确微进
4)侧隙刚性高
滚珠丝杠副加予压予压力轴间隙达负值进较高刚性(滚珠丝杠通滚珠加予压力实际机械装置等时滚珠斥力丝母部刚性增强)
5)高速进
滚珠丝杠运动效率高发热实现高速进(运动)
32 转动惯量计算
滚珠丝杠根国家标准JBT9893－1999 选长度L10m公称直径D12mm公称导程mmPh405
系统言丝杠传动折算马达轴总惯量：
JtZ1+1i2[Z2+JS+JW](kgm2)++
中i两齿轮传动处取iZ1Z21
符号说明：
Z1——齿轮l 轴转动惯量J100018kgm2
Z2——齿轮2 转动惯量取J200018kgm2×
Js——丝杠转动惯量kgm2×
Jw工作台折算丝杠动惯量
W——工作台重量工作台轻取6kg
S——丝杠螺距4mm
g——重力加速度98ms2
圆柱体转动惯量：J18MD2
M圆柱体质量 D圆柱体直径
选丝杠密度（类铁）78gm3r
滚珠丝杠转动惯量：
JS14πD2pl*18D2314*00124*10*780032159*105( kgm2 )
Jw6*00042(98*4π2)248*107( kgm2 )
Jt3*103 ( kgm2)
见Jt——两齿轮转动惯量决定电机功率输出求苛刻功率高情况实现高转速
惯量系统该系统启动加速制动性反应快较理想
类电机高转速般3000rmin取3000参考研究
360dpi分辨率考虑英寸254mm应360色点两色点距离254360007mm印喷头双排印喷头周期移动距离d007*2014mm喷墨次喷粘剂次两喷头喷出步
设定机械精度：0005mm应脉量
i1求丝杆转圈喷头前进4mm机械精度应
丝杆转周位机应该发出指令脉4mm0005mm800（）
应转速约3000位机脉力少800*30006040000rs 应6000转转速位机脉力80000rs电子齿轮变
CMX ：电子齿轮分子电机编码器反馈脉
CDV ：电子齿轮分母位机定脉（指令脉）
电子齿轮CMXCDV（131072×100） 800006553600200000328
计算电子齿轮目——电子齿轮位机定脉换算成电机编码器反馈脉等意义信号便控制中心定指令求控制伺服转动定位外通位机脉力估算实现性知方案合理性
33 喷头选择
选Konica512L型号实现宽度满足分辨率满足控制X轴方运动Y轴方电机控制控制方式类似单次位移361mm精度控制样双排式排列方式走完幅面时间相单排式减半利印速度提高
4 电机选择
41 伺服电机步进电机
控制电机较选取：电机控制系统运动程需分驱动伺服驱动步进两类伺服速度控制位置控制模式
42 交流直流伺服电机
20世纪60年代早直流电机作执行部件70年代交流伺服电机性价断提高逐渐取代直流电机成伺服系统导执行电机控制器功完成伺服系统闭环控制包括力矩速度位置等通常说伺服驱动器已包括控制器基功功率放部分然采功率步进电机直接驱动开环伺服系统90年代谓济型数控领域获广泛迅速交流伺服取代
伺服电机考虑直流交流两种6：直流电动机存固缺点电刷换器易磨损需常维护换器换时会产生火花电动机 高速度受限制应环境受限制直流电动机结构复杂制造困难钢铁材料消耗制造成高交流电动机特鼠笼式感应电动机没述缺点转子惯量较直流电机动态响应更样体积交流电动机输出功率直流电动机提高10﹪～70﹪外交流电动机容量直流电动机造达更高电压转速
PMSM定子转子测量转子位置传感器构成定子般三相感应电机类似采三相称绕组结构轴线空间彼相差120度转子贴磁性体般两磁极位置传感器般光电编码器旋转变压器
43 负载转矩计算
PMSM定子转组产生旋转磁场机理感应电机相点转子永磁体nns相（步）两磁场相互作产生转矩定子绕组产生旋转磁场作旋转磁极吸引转子磁极起旋转(性相斥异性相吸)
中θ失调角称功率角K定子端电压转子磁势（磁密)积成正FyFs分转子定子磁势磁密p极数
θ90度角时应转矩称步转矩前算负载转矩Jt30*103kgm2进行惯量匹配
根牛顿第二定律：进系统需力矩T 系统传动惯量J × 角加速度a角加速度α影响系统动态特性α越控制器发出指令系统执行完毕时间越长系统反应越慢果α变化系统反应忽快忽慢影响加工精度马达选定输出T值变果希α变化J应该量
传动惯量伺服系统精度稳定性动态响应影响惯量系统机械常数响应慢会系统固频率降容易产生谐振限制伺服带宽影响伺服精度响应速度惯量适增改善低速爬行时利机械设计时影响系统刚度条件应量减惯量
通常负载惯量电机惯量5倍超10倍
功率P2π*nT60旋转运动物体说转矩惯量关系正直线运动物体受力质量关系
44 印速度初步估计
计划Y轴方移动10次宽度达361mm计算喷头走完1幅面时间T计划彩印周期T秒暂时忽略10次Y方移动时间：
电机转应丝杆1转应10导程4mm360mm需电机转90r高转速时电机秒转50r应时间18s10回约18秒x轴方10次加减速应总时间6s走完幅面需概24秒加余误差时间30秒完成幅面T30s基实现1分钟印2页求7
求电机匀加速需时间
电机300ms表示静止加速额定转速时间角加速度
α50*2π031047rads2
MMa+Mf
Ma(Im+It)α
MfμWS2πηι
式中Ma——电机启动加速力矩
JmJt——电机身惯量负载惯量（kg·m3）
Mf——导轨摩擦折算电机转矩（N·m）
μ——摩擦系数取01
η——传递机械效率取015
滚动螺旋传动传动效率取095滚动球轴承传动效率099齿轮传动效率093总传动效率：
η095*099*093*0990866´´´h
导轨磨擦折算电机侧转矩：Mf01*6*0004(2π*0866*1)44*104
需输出力矩
TJα+Mf(30*103+0388*104)*1047+44*104318Nm
出力力矩T318出力力矩381 满足求
5 传感器
51 温度传感器
¸´温度传感器接触式特适合1200℃热容腐蚀性象连续线测温接触式测温系统结构简单体积维护方便价格低廉方便组成路集中测量控制系统a
面两表分析非接触时1000摄氏度误差较应该采接触式温度传感器中热敏电阻铜温度测量范围50~150℃精度01~03间标准化程度高精度灵敏度均较设计讲铜更加适合作温度传感器
52 机械位置传感器
支持直线运动传动方式螺杆皮带两种螺杆精度皮带高载荷速度低三维印机印头基受力载荷没求印机运动特点时水两方速度越快越垂直方精度越高越速度谓（完层动次）印机传动设计般水方皮带（步带)垂直方螺杆
53 压力传感器
压力传感器检测两喷头分应三原色颜料量粘剂量固体粉末情况检测物量够时候反馈提醒户加入颜料粘剂粉末应表格采电位器做测量达较高精度
6 3D印机优点面问题
61 3D印机优点
3D印技术优点：
1制造快速 3D印技术行工程中进行复杂原型者零件制造效手段产品设计模具生产步进行提高企业研发效率缩短产品设计周期极降低新品开发成风险外形尺寸较特异形产品尤适[8]
2CADCAM技术集成 快速成型技术集成CADCAM激光技术数控技术化工材料工程等项技术设计制造体化概念完美实现
3完全现三维效果 快速成型制造完成零部件完全真实现三维造型外表面异形曲面腔异形孔真实准确完成造型需助外部设备进行修复
4材料种类繁 目前止类3D印机设备材料种类树脂尼龙塑料石蜡纸金属陶瓷粉末满足绝数产品材料机械性需求
5创造显著济效益 传统机械加工方式较开发成节约10倍样快速成型技术缩短企业产品开发周期新品开发程中出现反复修改设计方案问题减少消修改模具问题创造济效益十分明显
6应行业领域广 3D印技术年发展技术已形成套体系样应行业逐渐扩产品设计模具设计制造材料工程医学研究文化艺术建筑工程等等逐渐3D印技术3D印技术着广阔前景
62 3D印技术面问题
现3D印技术精度约01ｍｍ 3D印机身售价偏高着技术进步成降低台普通3D印机成1985年激光印机低生物3D印机面着诸挑战中印出器官身体器官尤组织更结合印出器官身体组织需身体血相连非常难实现 旦克服技术障碍未十年生物印技术成项标准技术
然实现3D印技术规模少挑战 首先印材料根印商品需种特殊种类金属塑料陶瓷等成较高
产权保护： 3D印技术意义仅改变资工作分配模式改变知识产权规 该技术出现制造业成功取决生产规模取决创意 然单创意够模仿者创新者轻易举市场快速推出新产品 竞争优势前未变前更短
旦物品数字文件描述会变容易复制传播然盗版会变更加猖獗 新玩具草图双鞋设计方案网流传时知识产权拥者会失更知识产权领域进行斗争会更加激烈着开源软件新非商业模式出现3D印技术需目前更加严谨更加宽松法规验证
税务问题：税务局海关交易征税基商品价值果货物制造模式通购买3D印机耗材网载设计文件行印出需物品传统征税模式难继 未税基增值税消费税转税营业税
参考文献
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[7]刘厚莫健华等三维印快速成形技术应机械科学技术200727(9)2326
[8]胡发宗赵毅等三维立体印机成形技术海交通学2012(8)1618
致 谢
光阴荏苒美学时光画句号回仿佛昨日孜孜倦老师善良爱学美丽幽静校园直陪伴着见证成长
毕业文暂告收尾意味着XX学机械电子工程学院四年学生活结束回首生宝贵时光样校园中众学富五车华横溢老师熏陶度实荣幸极四年时间里学思想受益非浅身努力外位老师学朋友关心支持鼓励分开
首先感谢导师XX老师文老师悉心指导完成老师选题十分重视提纲完成初稿修改完善定稿问花费量心血导师严谨治学态度渊博学识独特学术思维丝苟工作作风热情品质满怀敬意
次感谢父母二十年辛勤养育恩正支持鼓励利完成学业正关心默默奉献创造优越条件学道路乐观勇直前
然十分感谢四年夕相处老师学感谢老师学四年关心鼓励学生活充满感动支持鼓励次毕业文会利完成
感谢毕业设计中帮助良师益友学设计中引参考著作者感谢母校山东农业学
百忙中抽时间文进行审阅评议参文答辩位老师表示真诚感谢谢谢
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