大学生机械设计竞赛概论

参赛队号：（由工作人员填写）

大学生机械设计竞赛

机械设计方案书学校名称：大连民族大学

学生队长：张宝丰

学生队员：张珅海博

指导教师：张丹

联系方式：

目录

第1章绪论 (1)

1.1研制背景与意义 (1)

第2章结构设计 (1)

2.1结构设计 (2)

2.2打印机整体尺寸 (3)

2.3rostock 运动机构设计 (4)

2.4传动方案设计 (4)

2.5挤出喷头 (6)

2.6电机的选择 (7)

2.7温度传感器 (7)

2.8机械位置传感器 (7)

第3章运动学仿真 (6)

3.1.各动力与传动机构设计计算与分析 (8)

3.2 三维模型预处理 (9)

第4章3D打印机的优点及面临问题 (9)

4.1 3D打印机的优点 (9)

4.2 3D打印技术面临的问题 (10)

第5章设计总结 (11)

附录： (16)

第1章绪论

1.1 研制背景与意义

3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的新型制造技术[26]。3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和逐层叠加等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。就目前来说，3D打印机在国内外是一个比较新的领域，具有巨大的市场潜力。3D打印带来了世界性制造业革命，3D打印机可以不像传统的生产要依赖生产的工艺性，3D打印机的最突出的优点是只要你设计出相应的产品模型，就可以打印出你想要的东西。3D打印机不需要任何机械加工工具，可以节省大量物人力、物力。Delta型3D打印机作为3D打印机的一个重要分支，它以价格低、占地面积极少、实用等优点在现实生活中应用的越来越广泛。Delta型3D打印机在制造业、工业设计、医疗领域、航空航天领域、产品模型、建筑设计、科学研究、食品科学领域都有应用。Delta型3D打印机在这些领域的成长和普及说明Delta型3D打印机的研究和制造是非常有实际意义的。普通二维打印机，它只能做X和Y 方向的运动，只能在平面内运动，而3D打印机增加了Z轴的运动，可打印出来立体的实物。而喷头要精准稳定地做X、Y、Z方向的运动，它必须要有精确平稳的轨道承载，能否在这三个方向. 上自由地运动是我对其结构研究的重要部分，而Delta型3D打印机要求的是在最小的空间里实现三个运动方向运动范围的最大化. 这项技术将复杂的零件制造变为简单的由下至上的二维叠加，大大降低了设计与制造的复杂度，让一些传统方式无法加工的奇异结构制造变得快捷，一些复杂铸件的生产由传统的长达3个月缩短到10天。同时，对研发出的新产品，可快速根据图纸做出样品，大大缩短研发周期。Delta型3D打印机作为3D打印机的一个重要分支，它以价格低、占地面积极少、实用等优点在现实生活中应用的越来越广泛。Delta型3D打印机具有结构简单、安装维护方便、性价比高等特点。Delta型3D打印机因其区别于其他类型的3D打印机的独特优势在实际生活中应用越来越广。Delta机型是一种并联式运动结构的3D打印机，delta机型实际上是分为两大类，一种是工业上用的并联式机器人；另外一种是rostock 的运动结构。本文设计了一款Delta型3D 打印机即基于三臂并联结构(rostock运动机构)的桌面微型3D 打印机。把工业用的并联机械手搬到普通家庭的桌面上，让其实现三维打印，让我们不需要花很高的成本去买专业级别的3D打印机。我们有时候想制作出一些模型来观察和实验，不需要很高的精度，只是需要速度。我们使用Delta型并联机械手臂来实现3D打印，能保证一定的精度和速度，如果能制作出这样的3D的打印机，很多工程师都可以将自己的设计打印出来。通过对Delta型3D打印机的深入研究，挖掘出其特有的优势使3D打印技术发挥越来越大的作

第2章结构设计

2.1基础结构

Delta型3D打印机的实物如图所示，3D 打印机的整体框架是一个由直径12mm的不锈钢搭建的正三棱柱，三棱柱的三根侧棱为滑轨，依靠不锈钢侧棱的加工精度保证滑轨的垂直度与刚度。导轨的上方安装有三台步进电机如图12所示，步进电

机通过其轴上的同步带轮带动滑块上的同步带运动，从而将电机轴的旋转运动转变为滑块的直线运动，并带动滑块在导轨上上下行进如图13所示。滑块依靠连杆与打印机喷头相连，当滑块上下运动时，依靠连杆的刚度完成对喷头的牵引，实现对打印头位置的控制。打印所需的原料通过一根聚乙烯管从打印机的上方送入，送入条料所需的动力由一个步进电机提供。工作平面位于打印机的底层，打印机整体采用开放框架，方便打印机平台的调平以及打印机的扩展和维护。辅助系统和检测系统直接安装在打印机的框架之上实现对打印过程的在线监测

含rostock 运动机构的Delta型3D打印机的实物图

2.2打印机整体尺寸

原始成形尺寸：直径300m，高度680mm。整体尺寸计算模型图如图14 所示，等边∆JHG为圆P的外切圆，其考虑到零件结构和安装以及任务书的要求，正三棱柱的底边边长取400mm，高度值取800mm。

Soliworks 简略图

2.3 rostock 运动机构设计

rostock 运动机构中的6根连杆长度是相同的。下面要确定连杆的最小长度值。保持打印机的正三棱柱的外形尺寸不变，当rostock 运动机构中的6根杆共面时其处于极限位置，连杆的长度取得最值,此时rostock 运动机构的简化模型如图。

保持打印机的正三棱柱的外形尺寸不变，当滑块位于正三棱柱的最高处，喷头位于打印机底座平面时其处于另一极限位置，连杆的长度取得最大值，此时rostock 运动机构的简化模型如图6所示

2.4 传动方案设计