一种大空间3D打印机Z轴机械手大臂拓扑优化设计开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

增材制造(am),通常也称为3d打印,在过去的20年中经历了巨大的发展,并且仍在继续[1]。随着科学技术的发展,3d打印这一先进的科技得到越来越多的应用[2]。由于它综合了数字建模技术、机电传动控制技术、信息技术、材料科学工程等方面的前沿技术知识,是一项综合科技技术[3],它突破了传统的加工模式,所以被称之为“第三次工业革命”代表性技术[4]。从目前的形势来看,整个3d打印产业都存在巨大的潜在发展空间。但大空间3d打印机的研发和推广,还远没有像个人小型3d打印机发展的快,大空间3d打印机还有很大的提升空间。

相比较于小型3d打印机,大空间3d打印机首先是打印尺寸大幅度提升。传统的3d打印机,一般打印尺寸不会超过30立方厘米,不利于承重和结构强度的需要[5]。随着各种混合材料的出现,传统的3d打印机很难满足打印制品对材料和体积的需求,大型化、多材料适用性的大空间3d打印机在未来必将会得到较大的发展[6]。而大空间3d打印机中机械臂的结构设计有着十分重要的地位,整个打印机的精度大部分取决于机械臂,精度不高的机械臂制造出产品往往无法满足人们的要求。随着技术的发展,人们不仅仅满足于精度的要求,希望机械臂在达到高精度的同时,可以更加轻量化。由此可以看出,对大空间3d打印机的机械臂进行优化设计是十分必要的。

3d打印技术源于scott crump发明了熔融沉积快速成型技术,并成立stratasys公司,该公司于1992年推出了第一台基于fdm技术的3d打印机,标志着fdm技术步入了商用阶段[7]。但基于fdm技术的3d打印机存在打印效率低、成型精度差等不足[8],随着技术的不断发展,3d打印涌现了更多技术,如sla(立体光固化成型)、dlp(数字光投)[9]。但这几种成型方式机器多为小型3d打印机,往往得不到工业级要求。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

1、确定机械臂约束条件和所要达到的目标精度;

2、对3d打印机z轴机械手大臂进行结构设计;

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3. 研究计划与安排

(1)第1-3周,调研收集分析有关资料,了解原理与要求,对文献进行初步学习,翻译有关外文资料,总体方案构思,并完成开题报告。

(2)第4-6周,利用creo对z轴机械手大臂进行结构设计及三维建模;

(3)第7-12周,利用ansys对z轴机械手大臂有限元分析,利用ansys对z轴机械手大臂进行拓扑优化及修复;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]yalunli. cost, sustainability andsurface roughness quality – a comprehensive analysis of products made withpersonal 3d printers[j]. cirp journal of manufacturingscience and technology,2017(16):1-11.

[2]崔俊星.浅析工业制造中的3d打印机[j].中国新技术新产品,2016(3):25-25.

[3]邓钢锋.工业级3d打印机调研[j].机械工程师,2014(12):134-136.

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