3D打印机设计参考论文
13D3D 打印机设计参考论文打印机设计参考论文导读：导读：3D 打印机设计参考论文，2015-02-063D 打印机 DIY，1.1 国内外 3D 打印机 的研究现状，1.1.1 国外 3D 打印机的研究现状，1.1.2 国内 3D 打印机的研究现状，1.2 3D 打印机的发展趋势，1.2.1 3D 打印产业的未来发展前景，1.2.2 3D 打印技术未来发展的主 要趋势，1.3 3D 打印机的工作原理及特点，2 总体方案及结构设计，2.2 总体框架的设计， 2.3 温度控制回路的设计，2.4 XYZ 三方3D 打印机设计参考论文2015-02-06 3D 打印机 DIY3D 打印机设计参考论文1.1 国内外 3D 打印机的研究现状1.1.1 国外 3D 打印机的研究现状1.1.2 国内 3D 打印机的研究现状1.2 3D 打印机的发展趋势1.2.1 3D 打印产业的未来发展前景1.2.2 3D 打印技术未来发展的主要趋势1.3 3D 打印机的工作原理及特点1.4 发展创新与突破2 总体方案及结构设计2.1 引言2.2 总体框架的设计2.3 温度控制回路的设计2.4 XYZ 三方向控制电机的设计2.5 喷头移动及喷出量调节的设计3 机械结构3.1 传动方式的选择3.2 转动惯量的计算3.3 喷头的选择4 电机的选择4.1 伺服电机和步进电机的对比4.2 直流交流伺服电机对比4.3 负载转矩的计算24.4 打印速度的初步估计5 传感器5.1 温度传感器对比5.2 机械位置传感器5.3 压力传感器6 3D 打印机的优点及面临问题6.1 3D 打印机的优点6.2 3D 打印技术面临的问 T3D 打印机设计参考论文【摘要】3D 打印是最近两年开始流行的一种快速成形技术, 它以数字模型文件为基础, 通 过逐层打印的方式来构造物体. 我们日常生活中的打印机能打印一些平面纸张 材料, 而 3D 打印机打印出的是立体塑品产品.文章对 3D 打印的技术体系和国内外产业发 展现状、发展态势作了综合介绍，综述 3D 打印技术的基本概念、发展简史、打印过程原 理、应用领域、广泛影响以及面临的问题等.在介绍 3D 技术的发展历程、3D 打印技术的 工作原理流程及特点的基础上，分析了 3D 打印技术的创新点和存在的问题，展望了 3D 打印技术的未来发展趋势.关键词:3D 打印机;快速成型;结构设计;社会制【Abstract】：3D printing is one of the last two years became popular rapid prototyping technology,which is based digital model files, through over the printed layer by layer approach to construct objects. Our daily lives printer can print some flat sheet material, and 3D printer to print out the three-dimensional plastic goods products. Article on 3D printing technology system status and domestic industrial development, development made a comprehensive presentation situation, review the basic concepts of 3D printing technology, development history, the printing process principles, applications, and the problems faced widespread impact, etc. In the development process of introduction of 3D technology, working principle and characteristics of the process of 3D printing technology based on the analysis of 3D printing technology innovations and problems, looked to the future development trend of 3D printing technology.Key words：3D printers; rapid prototyping; structural design; social manufacture引言随着时代的进步，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3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。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。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。1 绪论1.1 国内外 3D 打印机的研究现状1.1.1 国外 3D 打印机的研究现状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 3D Systems 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。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。目前在欧美发达国家，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。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。1.1.2 国内 3D 打印机的研究现状自 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；西安交通大学 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440.2mm；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。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，其服务范围涉及到模具制作、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。1.2 3D 打印机的发展趋势1.2.1 3D 打印产业的未来发展前景根据国际快速制造行业权威报告Wohlers Report 2011发布的调查结果，全球 3D 打印产业产值在 19882010 年间保持着 26.2%的年均增长速度。报告预期，3D 打印产 业未来仍将持续较快地增长，到 2016 年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到 31 亿美元，2020 年将达到 52 亿美元。但 3D 打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战： 一是成本方面，现有 3D 打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。 二是打印材料方面，目前 3D 打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成 型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前 3D 打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工 作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D 打印技术的普 及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难 以适应产业未来发展的需求。Gartner 公司 2011 年发布的最新技术发展展望报告判断：3D 打印技术目前正在进入 概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。Gartner 公 司研究人员认为，3D 打印技术成熟到适应市场需求还将需要 510 年的时间。在这一较 为漫长的发展过程中，产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。总之，从中长期看来 3D 打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶 段尚有较大距离，对于 3D 打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此，现阶段产业界 对 3D 打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主，尤其要重视自主知识产 权的建设和维护，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响，在技术 尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张，则投资回报将面临着较大的风险。1.2.2 3D 打印技术未来发展的主要趋势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 应用到制造领域，3D 打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D 打印技术的发展将体现 出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。5提升 3D 打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打 印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开 发更为多样的 3D 打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合 材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D 打印 机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、
