FDM型3D打印机机械结构设计

FDM型3D打印机总装图A0

摘要
课题以FDM型3D打印机机械结构设计为主要工作。通过对3D打印机机械结构分析及设计，实现3D打印机在工作过程中所需要的机械运动。实现3D打印机的机械运动后，便可满足3D打印机打印功能的基本要求。
在设计中，首先了解3D打印机的功能及工作原理，进而分析3D打印机在工作过程中需要实现怎样的机械运动，从而思考怎样的机械结构能实现所需要的机械运动。列出可以采用的几种方案，论述所列方案的优缺点、机构实现的难易程度及各个方案的机械结构的合理性，在综合考量各个方案后选出相对合理的提案，并进行机械结构的设计。
3D打印机在工作过程中，主要应实现X、Y、Z三个方向的机械运动。因此，所设计的3D打印机的机械结构应达到X、Y、Z三个方向平动的要求。在设计过程中通过对3D打印机的观看，结合其他机床实现机械运动的方法，从而得出自己最终要选择的设计方案。这次设计的3D打印机就要是当前市场比较流行的，对它的工作原理和发展现状，从查找的资料了解，设计3D打印机的构型方案。根据设计方案，对电机、轴承、带轮及其附属机构进行选型计算，并进行应力校核。
关键词: 3D打印机；方案设计；结构设计

Design of Model 70FDM 3D Printer
Abstract
The topic of my graduated design is FDM 3D printers mechanical design. 3D object is achieved by the work of the analysis and design of the mechanical structure of the printer to achieve 3D printer during operation of the mechanical movement required. when achieved the mechanical movement, you can meet the basic requirements of 3D printer functions.
In the design of the course, I get the meaning of the function and operation principle 3D printer ,3D printer at first .Then analyzed in the work process to achieve what needs to mechanical motion, thus we need to think what mechanical structure about how to achieve the required mechanical movement. Then lists several options can be used and thinking the advantages and disadvantages are listed in the program and the degree of difficulty to achieve advantages and disadvantages of the various agencies and programs implemented in various programs after comprehensive consideration of the proposal to elect a relatively reasonable, and mechanical Design.
3D printers in the course of their work, mainly to be achieved three directions mechanical movement of X, Y, Z. Thus, the mechanical structure of the printer should be designed to achieve 3D X, Y, Z three movable parallel to the direction required. By watching in the design process a 3D printer, combined with other methods to achieve the mechanical movement of the machine, to get the final design.In this paper, the design content of working principle and development present situation of the research on 3 d printer, according to the survey results, which has been widely applied for the current is analyzed by 3 d printers, characteristic of each structure, design of a 3 d printer configuration scheme.According to the design scheme of bearing, pulley, selection of gear and its affiliates.
Keywords: 3D printer；scheme design；structure design

目录

摘要I
Abstract II
1 3D打印机概述1
1.1什么是3D打印机1
1.2 3D打印机的工作原理1
1.3 3D打印机国内外发展状况2
1.3.1基于FDM技术3D打印机国外发展现状2
1.3.2基于FDM技术3D打印机国内发展现状4
1.4未来研究的意义5
2 FDM型3D打印机的结构分析7
2.1 FDM型3D打印机整体结构的方案选择与确定7
2.2 FDM型3D打印机Z轴方向运动结构分析8
2.3 FDM型3D打印机X轴方向运动结构分析9
2.4 FDM型3D打印机Y轴方向运动结构分析9
3零件的选用10
3.1丝杠的设计和选择10
3.2导柱的设计与选择11
3.3同步带轮及同步带的选用12
3.4带轮及齿带的校核14
3.5轴承的选择15
3.5.1轴承轴组件的一个重要组成部分15
3.5.2轴承特点15
4基于FDM技术3D打印机挤出机构和送丝机构设计17
4.1挤出头的选择17
4.2送丝机构的选择17
4.3温度传感器的选择18
4.4基于FDM技术3D打印机加热装置设计20
4.5加热元件及其工作原理21
4.6电机的选择21
5喷头的选用23
5.1熔融挤出系统对喷头系统的基本要求23
5.2打印速度24
6材料的选用27
6.1材料选用原则27
6.2材料收缩问题27
6.3材料断丝、堵塞喷头问题27
6.4其他问题28
6.5后处理28
6.6位移传感器30
7热床33
参考文献34
外文文献36
中文翻译44
致谢50

1 3D打印机概述
1.1什么是3D打印机
3D打印机（3D Printers）是一位名为恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家设计的一种打印机，可以直接打印出立体物体。它源自100多年前的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代已有雏形。通俗来讲，即快速成形技术的一种机器，它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技术。3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用，已经有使用这种技术打印而成的零部件。
1.2 3D打印机的工作原理
3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。
其工作步骤是：首先可使用CAD软件来创建物品，然后把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机将自动分析将要打印物体的结构，然后进行分层打印。
每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循

FDM3D打印机部分装配图二A0

FDM型3D打印机部分装配图一A0

导柱

挤出头A2

喷头

喷头本体改

喷头装配

丝杆装配

轴套A4