个人3D打印机的研究与应用.docx

摘要:3D打印技术兴起于二十世纪八十年代，是集光、机、电、计算机技术、数控技术及新兴材料技术于一体的先进制造技术。作为增材制造的典型代表，3D打印突破了零件复杂度的瓶颈，打破了零件尺寸的束缚，在生产生活的各个领域都有了一定程度的应用。3D打印技术提高了产品的生产效率，缩短了新产品的开发周期，促进了多个领域先进技术的发展，被誉为“第三次工业革命的重要标志”。

3D打印技术在工业上已经有了长足的发展，但因为价格和操作难度系数等原因，3D打印机一直未能全民普及。虽然创客的数量日益增加，但3D打印机的发展潜力绝不只是满足3D打印爱好者的兴趣。更重要的是，要做到非技术人员也可以操作的程度。

本设计从熔融沉积工艺技术（FDM）角度出发，对个人级桌面式3D打印机进行设计与研究。研究内容包括：3D打印机的机械结构设计、机械标准件及常用件的选型和校核、硬件电路的研究、控制软件的调试以及3D打印机效率精度影响因素的分析。

关键词  3D打印；FDM；个人级；优化设计；软件控制

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 3D打印技术综述-1

1.2 3D打印技术研究历史及现状-1

1.2.1 研究历史-1

1.2.2 发展现状-2

1.3 3D打印技术的原理及分类-3

1.3.1 技术原理-3

1.3.2 技术分类-3

1.3.3 FDM成型技术原理-4

1.4 3D打印技术的优势及挑战-4

1.4.1 技术优势-4

1.4.2 面临挑战-4

1.5 课题研究内容-5

2 机械结构设计-6

2.1 常见3D打印机型结构对比-6

2.1.1 Reprap Prusa I3型-6

2.1.2 Delta型-7

2.1.3 Makerbot型-7

2.2 外形框架设计-8

2.2.1 框架及连接件选择-8

2.2.2 电机驱动负载计算-10

2.3 进给传动机构的设计-10

2.3.1 进给传动机构的选择-10

2.3.2 同步带及同步带轮的选型-11

2.3.3 同步带的设计计算-12

2.4 直线运动导向机构的选择-13

2.4.1 直线光轴的选型-13

2.4.2 直线轴承的选型-14

2.5 电机及联轴器的选择-16

2.5.1 电机的选型-16

2.5.2 联轴器的选型-18

2.5 挤出头的仿真计算-19

2.5.1 打印耗材-19

2.5.2 挤出头流量仿真-19

2.6 本章小结-21

3 硬件及控制电路-22

3.1 硬件部分-22

3.1.1加热床-22

3.1.2 加热装置-23

3.1.3 热电偶-23

3.1.4 限位器-24

3.2 控制部分-24

3.2.1 Mega2560 核心电路板-24

3.2.2 Ramps 1.4 主控板-25

4 软件控制及精度影响因素分析-26

4.1 上位机控制软件-26

4.2 精度影响因素-28

4.2.1 前处理所形成的误差-28

4.2.2 打印过程中所形成的误差-29

结论-30

致谢-31

参考文献-32