3D打印機機械傳動系統(tǒng)設計【含CAD圖紙和說明書】
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本科畢業(yè)設計文獻綜述
系 別: 工程技術系
專 業(yè): 機械設計制造及其自動化
姓 名:
學 號:
年 4月 1 日
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3D打印機的發(fā)展前景
1、3D打印概念
3D打印(3D printing),即快速成型技術的一種,也稱為增材制造技術,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術,被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術”。快速成型技術誕生于20世紀80年代后期,是基于材料堆積法的一種高新制造技術。3D打印技術被認為是“第三次工業(yè)革命的重要生產工具”,早在20世紀90年代中期就已出現(xiàn),但由于價格昂貴,技術不成熟,早期并沒有得到推廣普及。經過20多年的發(fā)展,該技術已更加嫻熟、精確,且價格有所降低。
2、3D打印機工作原理
“3D打印”層層印刷的原理和噴墨打印機類似,打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”,與電腦連接后,通過電腦控制采用分層加工,疊加成型的方式來“造型”,會將設計產品分為若干薄層,每次用原材料生成一個薄層,一層一層疊加起來,最終在計算機上的藍圖變?yōu)閷嵨铩?
3D打印是一種直接數(shù)字化制造技術,是利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。
每一層的打印過程分為兩步,首先在需要成型的區(qū)域灑一層特殊膠水,膠水液滴本身很小,且不易擴散,然后是噴灑一層均勻的粉末。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,實體模型將會被“打印”成型,打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型,而剩余粉末還可循環(huán)利用,加工過程僅需確定所需塑料、樹脂、金屬等物料,材料耗費僅相當于傳統(tǒng)制造的十分之一,而誤差可輕易控制到0.1mm之內。它無需生產線,亦可制造那些常規(guī)方法無法生產的奇形怪狀的零件。
三維打印的設計過程是:先通過計算機建模軟件建模,再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面,即切片,從而指導打印機逐層打印。分步驟描述如下:
1、 三維建模
通過goSCAN之類的專業(yè)3D掃描儀或是Kinect之類的 DIY掃描設備獲取對象的三維數(shù)據(jù),并且以數(shù)字化方式生成二維模型。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等二維建模軟件從零開始建立三維數(shù)字化模型,或是直接使用其他人已做好的3D模型。
2、分層切割
由于描述方式的差異,3D打印機并不能直接操作3D模型。當3D模型輸入到電腦中以后,需要通過打印機配備的專業(yè)軟件來進一步處理,即將模型切分成一層層的薄片,每個薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印機的規(guī)格決定。
3、打印噴涂
由打印機將打印耗材逐層噴涂或熔結到二維空間中,根據(jù)工作原理的不同,有多種實現(xiàn)方式。比較流行的做法是先噴一層膠水,然后在上面撒一層粉末,如此反復;或是通過高能激光融化合金材料,一層一層地熔結成模型。整個過程根據(jù)模型大小、復雜程度、打印材質和工藝耗時幾分鐘到數(shù)天不等。
4、后期處理
模型打印完成后一般都會有毛刺或是粗糙的截面。這時需要對模型進行后期加工,如固化處理、剝離、修整、上色等等,才能最終完成所需要的模型的制作。
3、3D打印機的國內外現(xiàn)狀
在國外經過十多年的探索和發(fā)展,3D打印技術有了長足的進步,美國加州大學最新開發(fā)的“輪廓工藝”技術,在美國航天局的出資贊助下,可以在24小時以內打印一棟兩層樓的房子。澳洲一家石墨礦公司和一家3D打印公司合作已經可以用石墨烯打印電池,充放電速度比普通電池快1000倍。3D打印技術也已經到發(fā)展到生物打印,瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的3D生物打印技術團隊利用肋骨的軟骨組織打印出新的耳朵。
在國內,多所高校開展了3D打印技術的自主研發(fā)。根據(jù)美國3D打印機行業(yè)研究機構WohlersAssociates公布的權威報告指出,中國華東科技大學已經獲得多項3D打印機研究成果,另外清華大學、西安交通大學等眾多大學也取得一些研發(fā)成果。近年來,國內一些企業(yè)已經實現(xiàn)了3D打印機的整機生產和銷售,浙江湘湖已經逐漸建立起了3D小鎮(zhèn),整個3D產業(yè)園區(qū)為3D打印企業(yè)提供了一個很好的平臺,抱團發(fā)展。3D打印技術作為制造業(yè)領域的一次重大技術革命,我國已經廣泛應用到航空、航天等軍事領域和大型復雜構件的一次成型制造,我國的3D打印技術也正在蓬勃發(fā)展。
4、3D打印相關軟件
Blender、SketchUp、AutoCAD
在3D打印的制作過程中,用到軟件的方面應該是在3D打印的三維模型設計上(不包括其余過程中的常用的操作軟件)。模型的設計可以說是整個3D打印過程的核心部分,是3D打印產品的根本。在此介紹幾種建立三維數(shù)字化模型的建模軟件。
Blender:Blender是一個開源的多平臺輕量級全能三維動畫制作軟件,提供從建模,動畫,材質,渲染,到音頻處理,視頻剪輯的一系列動畫短片制作解決方案。blender以python為內建腳本,支持yafaray渲染器,同時還內建游戲引擎。
完整集成的創(chuàng)作套件,提供了全面的3D創(chuàng)作工具,包括建模(modeling)、uv映射(uv-mapping)、貼圖(texturing)、索鏈關連(rigging)、蒙皮(skinning)、動畫(animation)、粒子(particle)和其它系統(tǒng)的模擬、腳本控制(scripting)、渲染(rendering)、合成(compositing)、后期處理(post-production)和游戲制作;
SketchUp:Google Sketchup是一套直接面向設計方案創(chuàng)作過程的設計工具,其創(chuàng)作過程不僅能夠充分表達設計師的思想而且完全滿足與客戶即時交流的需要,它使得設計師可以直接在電腦上進行十分直觀的構思,是三維建筑設計方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。google?SketchUp軟件同3dmax等3維制作軟件同樣,有豐富的模型資源,在設計中可以直接調用、插入、復制等進行編輯任務。
AutoCAD:AutoCAD(Auto Computer Aided Design)是美國Autodesk公司首次于1982年開發(fā)的自動計算機輔助設計軟件,用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計?,F(xiàn)已經成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面,通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設計環(huán)境,讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧,從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應性,它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行。
5、3D打印技術的優(yōu)缺點
5.1、優(yōu)點
一是最直接的好處就是節(jié)省材料,不用剔 除邊角料,提高材料利用率,通過摒棄生產線而降低了 成本;二是能做到很高的精度和復雜程度,除了可以表 現(xiàn)出外形曲線上的設計;三是不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾 具和機床或任何模具,就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生 成任何形狀的零件;四是它可以自動、快速、直接和精 確地將計算機中的設計轉化為模型,甚至直接制造零件 或模具,從而有效的縮短產品研發(fā)周期;五是3D打印 能在數(shù)小時內成形,它讓設計人員和開發(fā)人員實現(xiàn)了從 平面圖到實體的飛躍;六是它能打印出組裝好的產品, 因此它大大降低了組裝成本,它甚至可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生 產方式。
5.2、缺點
任何一個產品都應該具有功能性,而如今 由于受材料等因素限制,通過3D打印制造出來的產品 在實用性上要打一個問號。①強度問題:房子、車子固 然能“打印”出來,但是否能抵擋得住風雨,是否能在 路上順利跑起來?②精度問題:由于分層制造存在 “臺階效應”,每個層次雖然很薄,但在一定微觀尺度 下,仍會形成具有一定厚度的一級級“臺階”,如果需 要制造的對象表面是圓弧形,那么就會造成精度上的偏 差;③材料的局限性:目前供3D打印機使用的材料非 常有限,無外乎石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。 能夠應用于3D打印的材料還是很單一,以塑料為主, 并且打印機對單一材料也非常挑剔。
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