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1、-毕 业 论 文巧克力挤出式3D打印机结构设计学生*：专业班级：指导教师：学 院：机电工程学院2015年6月巧克力挤出式3D打印机结构设计摘要随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用于生活当中，3D打印技术也将被推向更高的层面。如今人们物质生活丰富，更多人们追求个性的生活。喜欢一些DIY设计，把自己喜欢的图案作为服饰或者食物的形状。鉴于3D打印的流行和人们个性的追求，设计一款巧克力3D打印机是非常有前景的。本设计基于快速成型技术的基本原理，对于普通3D打印机结构加以研究，特别对打印的材料和材料输出的方式加以设计和改进。在普通的挤出式打印机基础上进行优化设计
2、，以巧克力为打印材料，先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，通过单片机读出截面的信息，由单片机指导三个坐标滑台运动和控制挤出头挤出量。本次设计的巧克力挤出式3D打印机主要为机械结构，由*、Y、Z坐标滑台、挤出头、滚珠丝杆副、直线导轨，箱体等部分组成。其中*、Y、Z坐标滑台是来实现三个自由度的运动，分别由三个步进电动机驱动，滚珠丝杠副传递运动，使坐标滑台在直线导轨上做直线运动。最后设计出箱体结构设计比较简洁，容易实现桌面化。设计出能打印长200 mm，宽200 mm，高100 mm的巧克力3D打印机。关键词3D打印机；快速成型；结构设计3D printer struc
3、ture design of e*trusion of chocolateAbstractWith the further development of intelligent manufacturing, new information technology, control technology, materials technology has been widely used in daily life, 3D printing technology will be promoted to a higher level. Now people rich material life, m
4、ore and more people the pursuit of individual life. Like some DIY design, their love pattern as clothing or food shape. In view of the 3D print popular and peoples pursuit of personality, the design of a 3D chocolate printer is very promising. The basic design principle of rapid prototyping technolo
5、gy based on 3D structure, for ordinary printer to be studied, especially for the printing of materials and material output mode design and improvement. To optimize the design of e*trusion type printer based in mon, with chocolate for printing materials, through the modeling of puter modeling softwar
6、e, and then built the 3D model of partition layer by layer section, read the section of the information through the MCU, MCU instruction by three coordinate slider movement and control of e*trusion head e*trusion amount. The design of the e*trusion type 3D chocolate printer mainly for mechanical str
7、ucture, posed of *, Y, Z coordinates, the e*trusion head slide, ball screw, linear guide, case etc. The *, Y, Z coordinates of the slide is to realize three degrees of freedom of movement, which is posed of three stepper motor driven ball screw transmission, movement, coordinate slider motion in a s
8、traight line on the linear guide rail. The structure design is simple, easy to implement desktop. Designed to print length 200 mm, width 200 mm, 100 mm 3D chocolate printer.Keywords ：3D printer; rapid prototyping; structure design. z.-目录摘要Abstract目录IV1 前言11.1 研究背景11.1.1 研究目的21.1.2 研究意义21.2 研究方法和内容31
9、.2.1 研究方法31.2.2 研究的主要内容32 整体结构和工作原理42.1 设计参数42.2 工作原理分析42.3 整体结构组成52.4 整体方案设计与分析62.4.1 滑台部件设计62.4.2 挤出部件设计82.4.3 机架部分设计102.5 总装图113 重要零件的设计计算和校核123.1 电机的选择123.2 联轴器的选择133.3 挤出装置部件的设计计算143.3.1 螺杆的设计143.3.2 机筒的设计153.3.3 螺杆的强刚度校核163.4 轴的计算和校核173.4.1 初估轴颈173.4.2 轴的刚度校核183.5 轴承寿命的计算193.5.1 初选轴承型号193.5.2
10、计算轴承的当量动载荷193.5.3 轴承的寿命计算204 基于SolidWorks的各部分机械结构设计214.1 直线滑台的三维设计214.2 挤出装置的机构设计214.3 机架本体的结构设计224.4 整体装配图结构23结论25参考文献26致谢27. z.-1 前言1.1 研究背景随着时代的进步，我们的生活水平日渐提升，同时，人口也在急剧的增长，我们需要越来越多的物品来满足物质生活条件。这就势必造成我们对物品的要求也会越来越高，做工精细、独特且非量产的物品会受广大人们的喜爱。如今，我们拥有了3D打印这一先进的技术，我们可以通过3D打印机来打印各种我们所需要的、想要的。3D打印技术应用面广，它
11、可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛1。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技术。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纸层叠等技术的快速成型装置2。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“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。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上
12、实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。目前，在全球3D打印机行业，美国3DSystems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业、研发团队还有美国的FabHome和Shapeways、英国的Reprap等。3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2010年与传统打
13、印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并3。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型4。另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制
14、成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到100万美元5。自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；*交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到40.2mm；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用6。但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。近年来，国内企业已实现了3D打印机的整机生产和销售，这
15、些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务*围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区3D打印技术引入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非自主研发7。1.1.1 研究目的随着科学技术的发展和不断进步，人们对生活的质量要求越来越高，需求也越来越特别，总喜欢设计出自己想要的东西，而不是个商店里卖个固定的种类。巧克力是人们日常生活中常见的食品，也是节日里送朋友恋人的最佳礼物。人们如果能根据自己的想法设计出自己想要的图案，或者写一些有意义的话。将这些创意应用在3D打印机上，用3D打印机将这些创意打印成巧克力，再将其作为礼物送给别人。这无疑将受到大家的青睐。而且设计出的巧克力打印机比较轻便，适合于家庭使用，这样就可以在家自己制作DIY巧克力了。3D巧克力打印机的研制将科学技术的进步带入了普通的人们生活中，大大地提高了人们的生活质量。通过本次设计研究，将传统的3D打印机进行改进
