3d打印机整体结构设计【字数：13870】
3D打印技术是快速成型技术中的一种，它是一个以三维模型为基础，用逐层打印或者粉末熔铸的方法来构造物体形状的技术。现如今，3D打印的运用领域也是越来越广泛，是现代化制造的重要手段之一。目前，市场上的FDM打印机大多是桌面级小型的打印机，由于精度要求与尺寸方面存在着相对关系，大尺寸必然难以保证高精度。同时，尺寸过大会使得打印机的刚度和稳定性下降。为了做到满足高精度、大尺寸模型的打印需求，本课题针对现有FDM打印机的缺点，通过对国内外打印技术的研究分析和相关资料的查阅了解，进而对打印机X、Y模组和Z轴方向的丝杠、导轨等零部件进行设计选型，并完成建模及装配，设计出满足大尺寸、高精度、高刚度要求的3D打印机。
目录
1.绪论1
1.1 课题背景及研究目的与意义1
1.2 3D打印技术研究现状与发展趋势1
1.2.1 3D打印技术的研究现状1
1.2.2 3D打印技术的发展趋势3
1.3 本次设计的主要内容3
2.X、Y轴滚动丝杆线性模组的设计5
2.1 滚珠丝杠副的计算选型5
2.1.1 材料选用原则5
2.1.2 支承方式的选择5
2.1.3滚珠丝杠的计算5
2.1.4滚珠丝杠的验算7
2.1.5支撑块的设计8
2.2直线滚动导轨的计算选型9
2.2.1导轨类型的选择9
2.2.2直线导轨参数的计算与选择10
2.3电动机和联轴器的计算选型11
2.3.1电动机的计算选型11
2.3.2联轴器的计算选型13
2.4底座型材的材料选择13
3.Z轴方向的设计14
3.1 滚珠丝杠的计算选型14
3.1.1滚珠丝杠的计算14
3.1.2滚珠丝杠的验算15
3.1.3轴承座的选型16
3.1.4支撑块的设计16
3.1.5电动机和联轴器的计算选型16
3.2 导轨副的计算选型17
3.3 底座型材的材料选择18
4.简支梁的设计19
5.润滑与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
保护21
5.1 滚珠丝杠副的润滑与保护21
5.2 导轨副的润滑与保护21
6.机架及其他附件的设计23
6.1 机架的设计23
6.2其他附件的设计24
6.2.1 打印平台的设计24
6.2.2 连接块的设计24
结束语27
参考文献28
致谢29 1.绪论
1.1 课题背景及研究目的与意义
伴随着全世界科技不断的发展，以及对生产要求不断地提高，许多传统制造正逐渐的被淘汰，3D打印以其独特的优势开始渐渐地走入了人们的生活当中，在我们生活中众多不同的领域里都有着广泛的运用。
近几年3D打印技术是一个正被广大媒体热炒的话题，并且引起了社会上广泛的关注。3D打印是快速原型制造方法的一种，是一个在以三维模型为前提的基础上，使用逐层打印或粉末熔铸的原理来构建三维物体形状的技术，是近几年来的制造领域上的一个非常重要的成果。该技术诞生于二十世纪八十年代后期，是一种以材料（树脂、工业塑料、金属）堆积法为基础的先进技术。3D打印技术本身包含着众多的理论与技术，其中就有机械工程、CAD、分层制造技术等等，过去的制造行业中这种技术常常被用在模具制造和工业设计等领域的模型制造，而如今该技术已被发展到了可以直接制作一些成品的地步，用此技术能够直接打印出的成品已经有了很多，如服装配件、日常用品、人造骨骼、机械零件、枪支及建筑物等。并且，该技术在珠宝行业、航空航天、国防、地理信息系统等众多的领域也都已经有了应用。与其他制造技术相比，3D打印具有非常多的优点：首先，弥补了部分传统制造方法无法加工零件的问题；其次，它可以直接使得零件净型成形，这样可以很大程度的减少零件后期的加工余量。
本次课题所设计的是熔融挤压式（Fused Deposition Modeling,FDM）打印机，而现阶段，市场上的FDM打印机大多是桌面级小型的打印机，由于精度与尺寸存在着相对关系，大尺寸必然难以保证精度。同时，尺寸过大会使得打印机的刚度下降。本文针对现有FDM打印机的这一问题，设计出一款大尺寸、高精度、高刚度的3D打印机。
1.2 3D打印技术研究现状与发展趋势
1.2.1 3D打印技术的研究现状
3D打印又被叫做增材制造，是一种崭新的鲜为人知的快速成型方式，一种在数字模型文件的基础上，使用金属或陶瓷粉末、塑料、细胞组织等可粘接或可凝固的材料，逐层的打印出成品的技术。
目前市场上3D打印技术比较常见的有以下几种：熔融挤压式、层叠法成型、喷墨粘粉式、激光烧结式、光固化成型。
本文所设计的打印机便是采用FDM技术，该技术又叫做熔丝沉积，主要是通过加热融化丝状热熔性的材料，将融化的材料从一个喷嘴极其细小的喷头喷到打印平台上或前一层材料上，当温度降低时开始凝固，如此逐层堆积成最终的3D模型（如图1.1，FDM打印技术原理图）。该打印技术的特点为结构简单、设计容易，成本低，打印过程中材料无化学反应，成品的翘曲变形相对较小，模型的复杂度不对打印过程产生任何影响。但该打印技术的打印精度较低，成品的受力强度较差，无法打印大型物品。
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图1.1 FDM打印技术原理图
如图1.2和1.3所示是市面上打印机常见的两种结构。图1.2中X、Y方向的支承用的光轴由于直线度和挠度的问题及Z轴方向梯形丝杆的间隙比较大导致回差大，对打印精度有着很大的影响。图1.3中同步带的使用，接头处是采用了扭力弹簧进行连接，由于电机频繁正反转，而从静止瞬间启动会产生一定的惯性，使得扭力弹簧突然被拉伸，导致打印机喷头出现短暂的停顿，对打印精度产生一定的影响。
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图1.2 UM型打印机 图1.3 HBOT型打印机
当前，国际上的3D打印制造行业正在快速的兼并整合。国外，在3D打印技术的研发及推广处于领先地位，尤其是美国和欧洲，他们是这项技术的领导者。除欧美外，其他的国家对3D打印的研发也在不断的加强。现阶段在发达国家，3D打印技术已初步形成了成功的商用模式。
目录
1.绪论1
1.1 课题背景及研究目的与意义1
1.2 3D打印技术研究现状与发展趋势1
1.2.1 3D打印技术的研究现状1
1.2.2 3D打印技术的发展趋势3
1.3 本次设计的主要内容3
2.X、Y轴滚动丝杆线性模组的设计5
2.1 滚珠丝杠副的计算选型5
2.1.1 材料选用原则5
2.1.2 支承方式的选择5
2.1.3滚珠丝杠的计算5
2.1.4滚珠丝杠的验算7
2.1.5支撑块的设计8
2.2直线滚动导轨的计算选型9
2.2.1导轨类型的选择9
2.2.2直线导轨参数的计算与选择10
2.3电动机和联轴器的计算选型11
2.3.1电动机的计算选型11
2.3.2联轴器的计算选型13
2.4底座型材的材料选择13
3.Z轴方向的设计14
3.1 滚珠丝杠的计算选型14
3.1.1滚珠丝杠的计算14
3.1.2滚珠丝杠的验算15
3.1.3轴承座的选型16
3.1.4支撑块的设计16
3.1.5电动机和联轴器的计算选型16
3.2 导轨副的计算选型17
3.3 底座型材的材料选择18
4.简支梁的设计19
5.润滑与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
保护21
5.1 滚珠丝杠副的润滑与保护21
5.2 导轨副的润滑与保护21
6.机架及其他附件的设计23
6.1 机架的设计23
6.2其他附件的设计24
6.2.1 打印平台的设计24
6.2.2 连接块的设计24
结束语27
参考文献28
致谢29 1.绪论
1.1 课题背景及研究目的与意义
伴随着全世界科技不断的发展，以及对生产要求不断地提高，许多传统制造正逐渐的被淘汰，3D打印以其独特的优势开始渐渐地走入了人们的生活当中，在我们生活中众多不同的领域里都有着广泛的运用。
近几年3D打印技术是一个正被广大媒体热炒的话题，并且引起了社会上广泛的关注。3D打印是快速原型制造方法的一种，是一个在以三维模型为前提的基础上，使用逐层打印或粉末熔铸的原理来构建三维物体形状的技术，是近几年来的制造领域上的一个非常重要的成果。该技术诞生于二十世纪八十年代后期，是一种以材料（树脂、工业塑料、金属）堆积法为基础的先进技术。3D打印技术本身包含着众多的理论与技术，其中就有机械工程、CAD、分层制造技术等等，过去的制造行业中这种技术常常被用在模具制造和工业设计等领域的模型制造，而如今该技术已被发展到了可以直接制作一些成品的地步，用此技术能够直接打印出的成品已经有了很多，如服装配件、日常用品、人造骨骼、机械零件、枪支及建筑物等。并且，该技术在珠宝行业、航空航天、国防、地理信息系统等众多的领域也都已经有了应用。与其他制造技术相比，3D打印具有非常多的优点：首先，弥补了部分传统制造方法无法加工零件的问题；其次，它可以直接使得零件净型成形，这样可以很大程度的减少零件后期的加工余量。
本次课题所设计的是熔融挤压式（Fused Deposition Modeling,FDM）打印机，而现阶段，市场上的FDM打印机大多是桌面级小型的打印机，由于精度与尺寸存在着相对关系，大尺寸必然难以保证精度。同时，尺寸过大会使得打印机的刚度下降。本文针对现有FDM打印机的这一问题，设计出一款大尺寸、高精度、高刚度的3D打印机。
1.2 3D打印技术研究现状与发展趋势
1.2.1 3D打印技术的研究现状
3D打印又被叫做增材制造，是一种崭新的鲜为人知的快速成型方式，一种在数字模型文件的基础上，使用金属或陶瓷粉末、塑料、细胞组织等可粘接或可凝固的材料，逐层的打印出成品的技术。
目前市场上3D打印技术比较常见的有以下几种：熔融挤压式、层叠法成型、喷墨粘粉式、激光烧结式、光固化成型。
本文所设计的打印机便是采用FDM技术，该技术又叫做熔丝沉积，主要是通过加热融化丝状热熔性的材料，将融化的材料从一个喷嘴极其细小的喷头喷到打印平台上或前一层材料上，当温度降低时开始凝固，如此逐层堆积成最终的3D模型（如图1.1，FDM打印技术原理图）。该打印技术的特点为结构简单、设计容易，成本低，打印过程中材料无化学反应，成品的翘曲变形相对较小，模型的复杂度不对打印过程产生任何影响。但该打印技术的打印精度较低，成品的受力强度较差，无法打印大型物品。
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图1.1 FDM打印技术原理图
如图1.2和1.3所示是市面上打印机常见的两种结构。图1.2中X、Y方向的支承用的光轴由于直线度和挠度的问题及Z轴方向梯形丝杆的间隙比较大导致回差大，对打印精度有着很大的影响。图1.3中同步带的使用，接头处是采用了扭力弹簧进行连接，由于电机频繁正反转，而从静止瞬间启动会产生一定的惯性，使得扭力弹簧突然被拉伸，导致打印机喷头出现短暂的停顿，对打印精度产生一定的影响。
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图1.2 UM型打印机 图1.3 HBOT型打印机
当前，国际上的3D打印制造行业正在快速的兼并整合。国外，在3D打印技术的研发及推广处于领先地位，尤其是美国和欧洲，他们是这项技术的领导者。除欧美外，其他的国家对3D打印的研发也在不断的加强。现阶段在发达国家，3D打印技术已初步形成了成功的商用模式。
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