proe的便携式3d打印机的机体设计和结构分析(附件)【字数：11439】
摘 要摘 要传统的制造业往往都是先开发模具，再制造出样品，运用3D打印技术能大大缩短生产时间，减少成本。有一些好的设计理念，无论结构有多复杂，都能用3D打印技术短时间内制造出来。3D打印技术适用范围很广，建筑学、医学、生物学研究甚至是航空航天领域都要用到3D打印技术，为科学研究提供了重要的技术支持。本文是根据相应的指标，设计一种便携式桌面级的3D打印机的结构，并对设计出的3D打印机的结构进行分析，设计部分包含了打印机整体尺寸的确定、传动方案的选取、步进电机的选取以及传感器的选取，通过比较市面上常见的三种桌面级3D打印机，最终确定3D打印机的整体结构为delta型。为满足打印要求，需要对其结构进行分析，计算出打印空间、同步带的寿命、打印精度以及对其主要部件进行强度校核。为检验整体方案的可行性，设计完之后运用Pro/E5.0对3D打印机进行三维建模，建出主要零部件之后再进行整机装配，装配结束后定义三个伺服电机对设计出的3D打印机的打印动作进行仿真。关键词3D打印机；机体设计；结构分析；三维建模
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文的研究目的和意义 1
1.2 3D打印机的国内外发展现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2国外研究现状 4
1.3 本课题的研究内容 5
第二章 方案论证 6
2.1 3D打印机整体结构的确定 6
2.2 运动机构的选择 8
2.3 本章小结 9
第三章 结构设计 10
3.1 工作原理 10
3.2 3D打印机整体尺寸计算 11
3.3 Rostock运动机构设计 12
3.4 皮带的选择 13
3.5 挤出机构设计 14
3.5.1 挤出机 14
3.5.2 挤出喷头 15
3.6 电机的选择 16
3.7 传感器的选择 18
3.7.1 温度传感器 18
3.7.2 机械位置传感器 18
第四章 Pro/E三维建模 19
4.1 关于Pro/E的介绍 19
4.2 建模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
过程 19
4.2.1 滑块的设计 19
4.2.2 连杆的设计 20
4.2.3外部框架的设计 20
4.2.4 打印头各零部件的建模 22
4.3 装配过程 23
4.3.1 外部框架装配 23
4.3.2 喷头的装配 24
4.3.3 连杆的装配 24
4.3.4 整机装配 25
4.4 Pro/E运动仿真 26
4.5本章小结 29
第五章 结构分析 30
5.1打印空间的验证 30
5.2运动精度的验证 30
5.3同步带寿命估算 31
5.4连杆的强度校核 33
5.5导轨的强度校核 34
结论 35
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 本文的研究目的和意义
目前，全世界正在掀起新一轮数字化制造浪潮。发达国家面对近年来制造业竞争力的下降，强力发展“二次工业化、二次制造化”战略，提出实现数字化制造的关键技术是智能机器人、人工智能、3D打印，并希望通过这三大数字化制造技术的创新，强化和提高制造业的领导力，推动3D打印行业发展，推动我国由“工业大国”向“工业强国”的转变。
现代流行的工业产品的制造方法，一般都是先制作出模具，然后再造出样品。运用3D打印技术，不需要开发制造模具，可以把制造的成本降低低于1/3，把制造时间降低为之前的1/5到1/10。一些新颖的结构比较复杂的设计理念，用传统制造方式较难实现的，均可以在短时间内运用3D打印技术制造出，并且制造出来的产品质量过硬，大大推动了产品的创新设计，对我国的工业能力有很大提升。
在基础科学技术研究方面，3D打印技术同样提供了重要的技术支持。在我国航空航天业、大型武器制造业，零部件种类巨大，性能要求极高，需要进行反复的试验。3D打印技术对于这些行业来说，不仅在速度上占有巨大优势，还能加工结构、形状复杂的零部件，大大简化了装备的结构设计，有利于攻克技术难题，实现性能的突破性发展。
随着3D打印的普及，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。
如自主创业者可以通过购置或者租赁低成本的3D打印设备(一些3D打印设备已低于1万元)，利用电子商务等平台提供服务，为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品，激发个性化需求，形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业，并增加社会就业。
选择本课题，对我而言，可以让我充分了解3D打印机，对3D打印机的结构、各部分的作用以及重要部件的受力分析有了更深刻的认识，并且能够通过Pro/E对其进行三维实体建模，对于以后从事的相关行业有了实践意义。
1.2 3D打印机的国内外发展现状
1.2.1 国内研究现状
自上世纪末开始，我国多所高校对3D打印技术开展了自主研发。华中科技大学、清华大学、西安交通大学、中国科技大学。西北工业大学、以及北京航空大学、湖南大学等都在3D打印技术领域取得不俗的成绩，清华大学的分层实体制造技术、FDM工艺等方面都有科技优势，其自主研究的打印机如图11。华中科技大学在成型材料方面有突破性研究，并且他们的团队已成功研制出世界上最大的选择性激光烧结快速成形设备，如图12。
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图11 清华大学自主研发的3D打印机 图12 世界上最大的选择性激光烧结快速成型设备
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图13 西安交通大学研发的3D打印机 图14 西北工业大学研究的3D打印机
西安交通大学自主研制了三维打印机用喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度高达40.2mm，其研发团队研发出3D激光打印机如图13。中国科技大学经过多年的努力和突破，研制出了八喷头组合喷射装置，有望应用于微制造、光电器件等领域。西北工业大学凝固技术国家重点实验室下设的激光制造工程中心，已经能够利用“3D打印”从事高性能致密金属零件的制造及修复，其自主研发的3D打印机如图14所示。北京航天航空大学、湖南大学等高校已经成功研制出运用3D打印技术打印钛合金等金属产品。但总体来说国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。我国已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造。3D打印机制造出的飞机模型如图15所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文的研究目的和意义 1
1.2 3D打印机的国内外发展现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2国外研究现状 4
1.3 本课题的研究内容 5
第二章 方案论证 6
2.1 3D打印机整体结构的确定 6
2.2 运动机构的选择 8
2.3 本章小结 9
第三章 结构设计 10
3.1 工作原理 10
3.2 3D打印机整体尺寸计算 11
3.3 Rostock运动机构设计 12
3.4 皮带的选择 13
3.5 挤出机构设计 14
3.5.1 挤出机 14
3.5.2 挤出喷头 15
3.6 电机的选择 16
3.7 传感器的选择 18
3.7.1 温度传感器 18
3.7.2 机械位置传感器 18
第四章 Pro/E三维建模 19
4.1 关于Pro/E的介绍 19
4.2 建模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
过程 19
4.2.1 滑块的设计 19
4.2.2 连杆的设计 20
4.2.3外部框架的设计 20
4.2.4 打印头各零部件的建模 22
4.3 装配过程 23
4.3.1 外部框架装配 23
4.3.2 喷头的装配 24
4.3.3 连杆的装配 24
4.3.4 整机装配 25
4.4 Pro/E运动仿真 26
4.5本章小结 29
第五章 结构分析 30
5.1打印空间的验证 30
5.2运动精度的验证 30
5.3同步带寿命估算 31
5.4连杆的强度校核 33
5.5导轨的强度校核 34
结论 35
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 本文的研究目的和意义
目前，全世界正在掀起新一轮数字化制造浪潮。发达国家面对近年来制造业竞争力的下降，强力发展“二次工业化、二次制造化”战略，提出实现数字化制造的关键技术是智能机器人、人工智能、3D打印，并希望通过这三大数字化制造技术的创新，强化和提高制造业的领导力，推动3D打印行业发展，推动我国由“工业大国”向“工业强国”的转变。
现代流行的工业产品的制造方法，一般都是先制作出模具，然后再造出样品。运用3D打印技术，不需要开发制造模具，可以把制造的成本降低低于1/3，把制造时间降低为之前的1/5到1/10。一些新颖的结构比较复杂的设计理念，用传统制造方式较难实现的，均可以在短时间内运用3D打印技术制造出，并且制造出来的产品质量过硬，大大推动了产品的创新设计，对我国的工业能力有很大提升。
在基础科学技术研究方面，3D打印技术同样提供了重要的技术支持。在我国航空航天业、大型武器制造业，零部件种类巨大，性能要求极高，需要进行反复的试验。3D打印技术对于这些行业来说，不仅在速度上占有巨大优势，还能加工结构、形状复杂的零部件，大大简化了装备的结构设计，有利于攻克技术难题，实现性能的突破性发展。
随着3D打印的普及，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。
如自主创业者可以通过购置或者租赁低成本的3D打印设备(一些3D打印设备已低于1万元)，利用电子商务等平台提供服务，为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品，激发个性化需求，形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业，并增加社会就业。
选择本课题，对我而言，可以让我充分了解3D打印机，对3D打印机的结构、各部分的作用以及重要部件的受力分析有了更深刻的认识，并且能够通过Pro/E对其进行三维实体建模，对于以后从事的相关行业有了实践意义。
1.2 3D打印机的国内外发展现状
1.2.1 国内研究现状
自上世纪末开始，我国多所高校对3D打印技术开展了自主研发。华中科技大学、清华大学、西安交通大学、中国科技大学。西北工业大学、以及北京航空大学、湖南大学等都在3D打印技术领域取得不俗的成绩，清华大学的分层实体制造技术、FDM工艺等方面都有科技优势，其自主研究的打印机如图11。华中科技大学在成型材料方面有突破性研究，并且他们的团队已成功研制出世界上最大的选择性激光烧结快速成形设备，如图12。
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图11 清华大学自主研发的3D打印机 图12 世界上最大的选择性激光烧结快速成型设备
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图13 西安交通大学研发的3D打印机 图14 西北工业大学研究的3D打印机
西安交通大学自主研制了三维打印机用喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度高达40.2mm，其研发团队研发出3D激光打印机如图13。中国科技大学经过多年的努力和突破，研制出了八喷头组合喷射装置，有望应用于微制造、光电器件等领域。西北工业大学凝固技术国家重点实验室下设的激光制造工程中心，已经能够利用“3D打印”从事高性能致密金属零件的制造及修复，其自主研发的3D打印机如图14所示。北京航天航空大学、湖南大学等高校已经成功研制出运用3D打印技术打印钛合金等金属产品。但总体来说国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。我国已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造。3D打印机制造出的飞机模型如图15所示。
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