3D打印机的设计.doc

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3D打印机总体方案与结构设计
题目： 3D打印机设计
专业班级 机械电子工程1班
届 次 2013届
学生揭硕
学 号
指导教师
二O一六年十月十二日
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一、总体框架的设计
系统概述
系统由输人设备制定局部参数,从存储设备或者直接从计算机 中得到事先建好的三维模型,由单片机对模型进展分析,切片,建立 必要的支撑结构,再从单片机输出控制指令,控制喷头型材料融化,并通过一定的驱动电路驱动电机,带动喷头进展X、Y、Z三个方向的移动,并控制喷头的喷出系统调节喷出材料的多少。每打好一 层,从外 部设备读取下一层的参数,再打印下一 层,直到全部模型完成。完成 模型的打印之后,还需要后期的材料回收工作。
系统框架
输入设备、存储外设、上位机、温度传感器的测量值----单片机分析----温度控制回路、XYZ各方向电机控制、喷出量控制、显示设备
打印耗材的选用
为了实现3 D打印机的功能,所选材料也很重要。既要由较低的熔点,也要有较好的粘滞性,同时也需要快速成型。综合考虑,我们最终选择了P L AA /B S耗材。
设计思路概述
ABS/PLA耗材熔点为230℃左右,分解温度260℃以上,故其通常成型温度在250℃以下。控制回路使用温度传感器返回当前温度,反响回路保证了温度保持恒定,控制器统一使用了单片机来输出指令
(3)控制回路方框图如下：
设置的空气温度→单片机→D/A转换器→加热电路→当前温度→温度传感器→A/D转换器
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→单片机
x y z三方向控制电机的设计
采用化繁为简的思路,将三维打印转化为二维进而转化为一维 打印。即Z方向采用步进电机,由步进电机固定的 给量算出所需的步进角,用这种方式将三维打印先转化为每一平面的二维打印,再由Y方向也为步进电机带动,如此每一平面的二维打印又转化为很多条 直线上的一维打印。
喷头移动与喷出量调节的设计
熔融挤出系统对喷头系统的根本要求 是:将成型料丝送人液化器中,在其中与时而充分地熔化,由固态变 为熔融态,然后再进一步从更小直径的喷嘴中以极细丝状挤出,按扫描路径堆积成型。而且送丝速度要与扫描速度相匹配,以保证均匀一 致的材料堆积路径。成型工艺对喷头系统的功能要求可以分解为以下几点:
1) 供给功能:将料丝从丝筒上拉出,提供成型材料;
2) 熔丝功能与料丝送进功能:将送进的固态料丝与时且充分地 熔化成为熔融状态并将料丝送人液化器;
3) 流道功能:提供熔融态材料稳定流动的通道;
4) 定径功能:对挤出熔融态物料进展定径,变为满足要求的细小直径的丝材进展堆积;
5) 出丝速度匹配与出丝起停控制功能:出丝速度可控,能根据扫描速度进展调整,实现互相匹配。出丝应能根据路径扫描要求与时起停,以保证高质量的成型路径,尤其是在路径 起停处。
在采用熔丝挤出方式的工艺原理时,就是借助液化器中未熔丝材的活塞作用,将熔融材料挤出喷嘴,出丝推力近似等于送丝驱动力,所以在此特定的工艺原理中,送丝功能和根底功能是等效的。
喷头实现方法设计
基于所选择的打印耗材,喷出技术采用熔融沉积成型技术,根据片层参数控制加热喷头沿模型断面层扫描,同时控制熔融液体的体积 流量,使粘稠液体物料均匀地铺洒在断面层上。
液化器中使用电热丝提供热量使料丝熔融。熔融挤压快速成型工艺对温度的要求极其严格,喷头出丝温度和成型室的温度严格处于一定的温度围之,且一旦设定温度控制值之后,须保证其温度保持在平稳状态,不能产生较大 的扰动,否如此成型质量将受到影响。这就要求液化器温度必须保持稳 定。因此,我们需要参加上述的温度控制回路来严格控制液化器的温度。
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二、 机械结构
传动方式的选择
直线导轨可分为：滚轮直线导轨和滚珠直线导轨两种，前者速度快精度稍低，后者速度慢精度较高。
滚珠丝杠是工具机和精细机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3
由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/