碳纤维复合材料3D打印机设计毕业论文
2021-07-13 01:07
摘 要
题 目 基于碳纤维的3D打印机设计 摘要： 本文简要介绍了3D打印的国内外的研究现状以及发展趋势。这种快速制造技术是近几年开始流行的一种快速成形技术, 它以数字模型文件为基础， 通过对每层打印的方式来堆积出零部件。这种逐层扫描打印的快速制造技术改变了一直以来我们对零部件的设计加工生产的模式，这种快速制造的技术让我们的生产模式从传统的去材加工的思维中跳出来，通过3D打印技术的生产模式，可以加工工作人员摆脱对生产工艺的的考虑。通过3D打印技术可以打印出任何复杂形状的零件，包括封闭式的零部件，内部结构复杂的零部件。 本次毕业设计是基于，相应的指标，参数，选择满足标准化器件的下，对3D打印机进行整体的结构设计，对一些关键的零部件进行详细的分析和原理作用的分析。因为需要3D打印机精准地做X,Y,Z方向的运动，就必须有精确平稳的轨道来承载它。所以X轴、Y轴方向传动方式选择皮带传动，Z轴方向选择滚珠丝杠来实现直线运动。这三个方向上自由运动是我们对打印机研究的一个非常重要的部分。而且它要求的是在最小的尺寸空间里能够实现三个运动方向运动范围的最大化。本文设计中主要使用了CAD、solidworks 等工程制图软件，用solidworksE三维建模，CAD画出二维平面图。 关键词： 3D打印机 ；结构设计； 三维建模 |
Title Design of 3D printer based on carbon fiber Abstract This paper briefly introduces the research status and development trend of 3D printing at home and abroad. This technology is in recent years popular a kind of rapid prototyping technology, it on the digital model file based, through layer by layer printing to construct objects. This technology has changed the pattern of our previous parts design processing production, from the production of traditional manufacturing mode to jump out, through the development of 3D printing technology can components of the production process to get rid of, the staff of the production process are taken into account. 3D printing technology can print out any complex shape parts. This graduation design is, based on the corresponding indicators, parameters, choose to meet the standard component under, for 3D printers were, the overall structure of the design, detailed analysis and principle analysis of some of the key components. Because the need to accurately do 3D printer X, Y, Z direction of movement, it must have a precise and smooth track to carry it. So the X axis, Y axis direction of transmission to choose the belt drive, Z axis to choose the ball screw to achieve linear motion. Free movement in these three directions is a very important part of our research on printers. And it is required to be in the smallest size space to achieve the maximum movement range of three motion. This paper mainly uses the software of Engineering Drawing CAD, Solidworks, solidworksE 3D modeling and CAD drawing of a planar graph. Keywords： 3D printer; structure design; 3D modeling |
目 录
第1章 绪论 6
1.1 引言 6
1.2国内外研究现状 7
1.2.1 3D打印机在国外的研究现状 7
1.2.2 3D打印机在国内的研究现状 8
1.3 3D打印产业的未来发展前景 9
1.4现有三维3D打印技术 11
1.5 设计主要任务目标 19
第2章 碳纤维3D打印方案设计 21
2.1 CF材料的基本特性 21
2.2 3D打印机系统方案 21
第3章 结构设计 23
3.1 滚珠丝杠的详细设计 23
3.1.1 滚珠丝杠选型计算 23
（2）最大动载荷的计算 23
3.1.2 传动效率的计算 25
3.1.3 刚度的验算 26
3.1.4 稳定性的校验 28
3.2 滚动轴承的选用 29
3.2.1 基本额定载荷 29
3.2.2 滚动轴承的选择 29
3.2.3 轴承的校核 30
3.3 Z轴电机选型计算 31
3.3.1 步进电机转轴上总转动惯量的计算 31
3.3.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 33
3.3.3 步进电动机尺寸 35
3.4 X轴电机计算 36
3.4.1丝杠计算 36
3.4.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 38
3.5 联轴器的选用 41
3.6喷头的设计 42
第4章 控制系统设计 44
4.1主控模块 44
4. 1.1 主控芯片选择 45
4. 1.2ATMEGA644A控制器芯片 45
4.2外围电路的设计 47
4.3步进电机驱动模块 48
4.3.1步进电机工作原理及其选型 48
4.3.2步进电机控制方法 49
4.4温度控制模块 50
4.4.1 喷头加热部分 50
4.4.2热电偶选型 50
4.5 显示电路 51
4.6串口通信模块 51
4.7 SD卡电路 52
总结 53
参 考 文 献 54
致 谢 55
第一章 绪论
1.1 引言
现代的加工生产行业中，一直以来的传统的加工业的制造方法，比如最为经典的去材制造和其他的一些加工零部件的方式正在不断代地被先进制造技术代替。在目前的发展状态下，最为有代表性的先进制造技术，就是3D打印技术，因为这种加工方法，摆脱了以往的对零件的去材制造的加工方法。并且随着科学技术的发展，越来越多的先进技术应用在加工业上，计算机技术的应用使得加工业的加工过程有了更加详细的过程，随着检测传感技术，在工业上的应用使得加工业有了检测的过程，这些前沿科技在工业上的应用，使得机械的迅猛发展起来。随着3D打印技术，在加工业上的应用越来越多，也越来越广，这种快速制造技术会发展的快速起来，在更加广泛的行业中应用。在未来的发展中，3D打印技术会向着更加精密，加工速度更加快的方向发展。
现如今，3D打印技术越加成熟起来，无论是在，机械结构上还是在，控制方面，但是我们所缺少的是对材料的选择，对加工材料的研究，以提高3D打印机地打印速度，提高3D打印的成型速度，零部件的表面粗糙度，以及零部件机械的物理的性能，可以直接打印出可以使用的零部件，不需要二次加工的这样的材料。现如今的3D打印机已经可以做到桌面化，小型化，它的组成零件已经系列化，使得它的制造成本已经相当的低廉，而且的控制程序是开源的，使用者可以非常方便的对其进行控制，加工制作零件，满足人们日常生活中的对某些零件的制造，等等，这样的开源控制软件舍得3D打印技术可以用在更多的地方，比如建筑业，医疗器械的制作上等等。
