3D打印机设计__毕业设计开题报告

3D打印机设计__毕业设计开题报告毕业设计(论文)开题报告

设计(论文)题目: 3D 打印机设计

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2015年3月25日

题目类型(打?选择) 设计(?) 论文( ) 一、文献综述

3D 打印 (3D printing，又称三维打印 )是一种快速成形技术，它以数字化模型为基础，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构造物体。由于其在制造工艺方面的创新，被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”。3D 打印机最早诞生于 20 世纪 80 年代中期，是由美国科学家发明的。但由于价格昂贵，技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过 20 多年的发展，该技术已更加娴熟、精确，且价格有所降低。

目前，3D打印已经成为一种潮流，3D 打印技术已经应用到许多学科领域，外

科医生使用3D 打印制作器官模型以协助策划复杂的手术方案;考古学家和博物馆

的技师利用 3D 打印制作珍贵文物的复制品，并在此基础上开展研究。尤其是在工业设计，数码产品开模等领域，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品到市场的开发时间。3D打印机既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子

制图、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。

3D打印机有很广阔的前景，在未来 5-10 年中，随着技术的不断进步及市场需求的扩大，3D 打印机将呈现三个方面的发展趋势 :

一是 3D 打印速度和效率将不断提升。随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获得更大提升 ;

二是 3D 打印材料更加多样化。随着先进材料的不断发展，智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等将成为 3D 打印材料 ;

三是 3D 打印机价格大幅下降。一些较小规模的 3D 打印机制造商开始推出几千元的 3D 打印机。四是 3D 打印机应用领域更加广泛。3D 打印机诞生后，早期主要用于航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟，3D 打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。

3D打印机的发展对我国也有很大的影响，以对我国制造业的发展来说，其积极影响主要体现在 :为我国制造技术赶超国际水平带来机遇。3D 打印技术作为一项新兴技术，与其他成熟技术相比，无论在技术创新还是在应用上，我国与发达国家之间的差距相对较小，可以在较短时间内缩短差距。

由此可见，3D打印机的发展对于我国有着极其重大的意义，但是传统的桌面级3D打印机体积庞大，不易移动，并且打印速度缓慢。基于这些缺点，我在传统桌面级3D打印机的基础上改革创新，研究设计一种“便携式3D打印机”，顾名思义，本设计3D打印机注重便携的设计，并且打印速度大大提高。对于桌面级3D 打印机的发展起到一定的积极作用。

二、设计(论文)主要内容

(1)首先得通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件(Pro/E)建模，再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据，即g代码，然后把这些信息传送到3D打印机的硬件系统上，3D打印机会把这些切片信息一层层堆叠起来，直到一个三维立体模型成型。

(2)本设计“便携式3D打印机”突出便携:所占体积小(打印机折叠后的体积仅仅占0.017立方米)，质量轻，结构简单，便于携带和使用，并且它的制作成本低。

(3)3D打印机是由机体框架和控制电路两部分构成。考虑稳定性和成本，机体框架采用亚克力板制作。控制电路的基本结构是由单片机、步进电机驱动模块等构成的。

三、设计(研究)方案

本设计“便携式3D打印机”由控制电路和主体框架两部分组成。

主体框架由8mm厚亚克力板切割制作，同时用光轴做支撑，打印精度得到大大提高。

1 轴承,

2 步进电机,

3 热床,移动方向Y方向,,5挤出头,移动方向X、Z方向,,6 丝杠,7 亚克力板,8 右侧挡板,左侧挡板省略,同时为1轴支撑,,9 导向轴如上图所示，其中，标号1是本作品的主要设计结构，步进电机2通过轴承与轴连接，轴的另一端连接在左侧挡板上，右侧同。当打印机使用完毕时，把门状结构通过轴旋转90度，使它正好与挡板持平，呈现一个箱子的样式，这时打印机长420mm，宽400mm，高100mm，它的体积仅仅有0.017立方米左右，从而达到设计的目的。

控制电路部分由Arduino Mega 2560开源板以及步进电机驱动模块组成，使用

12V电源给系统供电，挤出头在X、Y、Z方向上的移动是通过4个42步进电机配

合控制的。使用LCD 2004显示屏显示

挤出头在X、Y、Z方向上的坐标以及挤出头的温度等等。

四、工作进度安排

第5周总体方案设计

第6-8周机械结构设计、绘制三维立体图

第9-11周程序设计与程序调试

第12-13周综合测试、验证

第14周撰写毕业设计论文

第15周准备毕业答辩

五、主要参考文献

[1] 程晨.Arduino 开发实战指南. 机械工业出版社出版 2013.1

[2] 黄保和,江弋. Arduino从基础到实践. 清华大学出版社出版 2011 [3] 黄

保和,江弋. Arduino C语言编程实战. 清华大学出版社出版 2011 [4] 王大镇，

李波.精通Pro/ENGINEER Wildfire4.0产品设计. 电子工业出版社出版 2008.9 [5] 李春葆，陶红艳.C++程序设计教程. 清华大学出版社出版 2007.10 [6] Walter Savitch.C++面向对象程序设计(第6版). 清华大学出版社出版 2007.6 [7] 范钦珊.工程力学. 机械工程出版社出版 2007.3

[8] 谢刚，沈冰.工程力学(第三版). 东北大学出版社出版 2007.3