文档介绍：3D打印机系统设计
Harbin Institute of Technology
课程设计说明书
设计题目: 院系: 班级: 设计者: 学号:
指导教师: 设计时间:
哈尔滨工业大学
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摘要
本次课程设计通过对2D打印机的了解和对电机传感器的认识,通过类比和分析来初步设计3D打印机。本文主要内容为电机类型,型号选择及参数的测算,并且应用了PWM控制等数字信号在电机控制中进行驱动。比较了不同种类传感器的优劣,选出了对比优化方案及元件。利用控制理论实现了3维定位和实现打印功能,给出初步设计方案。
关键词:步进电机、传感器、3D、定位控制系统、数字信号处理器
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一、国内外在该方面的研究现状分析及研究的目的意义
1、现状及研究意义:3D打印快速成型技术实质是“快速成型技术”,也被称为“增量技术”、“增材技术”,是传统制造技术与新材料的完美结合,并且将带动工业设计、新材料、精益制造等多个领域颠覆性的改变。3D打印技术作为目前最具有生命力的快速成型技术之一,适用于家用电器、办公室用品、建筑模型、医学模型等领域的新产品开发,已经广泛应用到
航空航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造,在国外,3D打印机已经商品化。作为一种经济型快速成型技术,综合应用了CAD/CAM技术、激光技术,光化学以及材料科学等绪多方面的技术和知识,让产品设计、建筑设计、工业设计、医疗用品设计等领域的设计者,第一时间方便轻松的获得全彩色实物模型,便于重新修定CAD设计模型,从而节省了为错误设计制造工艺装备的费用,并节省了研制时间。它具有成本低、系统可靠性高,设备体积小、噪声小、成型速度快、产品材料与颜色可多样化等优点,与传统技术相比,三维打印技术还拥有如下优势:通过摒弃生产线而降低了成本;大幅减少了材料浪费。具有巨大的应用潜能和广阔的市场前景。
当下,我国的3D打印技术还处于起步阶段, 3D打印技术基本由大学和一些小企业在做研究,尚未有成品出现,在软件和材料方面相对落后,但是,就在2012年10月17日,中国3D打印技术产业联盟已经成立,这就意味着中国开始越来越重视该技术。因此,开展三维打印快速成型机控制系统的研发,具有重要的现实意义。本课题通过对该机械系统的研究,探索并深入了解电机,传感器及反馈系统,达到加深对课内知识的理解的目的,并利用控制理论实现了3维 3
定位和实现打印功能,给出初步设计方案。
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2、基本原理: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得到模型,而剩余粉末还可循环利用。
二、任务分析
1、确定实现系统功能:设计一个3D打印机,可以实现用热能加热熔融材料,并从喷头喷出,逐层堆积出模型。
由3D打印机的基本原理我们分析其功能需求大致有:分层软件、叠加粘贴、输入图形、定位监测等。3D打印与2D打印相同之处在于,其都是采用逐渐扫描,扫描完毕再输出的设备。
2、性能指标:
(1).温度范围:
储存温度:0-32℃
工作温度:15-32℃
(2).工作空间
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(3)打印速度精度: 定位精度:x、,
打印速度:4s/层每层厚度:
喷嘴直径: 运动轴速度:40mm/s
三、技术实现方案
:主要分为三大部分,一为电机控制位移系统,
二为传感反馈系统,三为电源系统。电机控制分为驱动喷头和控制位移两大部分。传感反馈分为位置传感器、温湿度传感和压力传感器。
机械结构
X轴机构选用导轨-同步齿形带机构;Y轴机构选用光杠-同步齿形带 5
机构;Z轴机构选用两副光杠-丝杠机构;铺粉辊机构选用导轨-同步齿形带机构。
控制系统
图2 位移快速定位系统
在经济型数控机床中,普遍采用步进电机作为伺服驱动部件。步进电机将电脉冲信号转换成角位移,驱动执行机构按一定的规律运动。高精度的位置控制常采用全闭环控制。然而全闭环位置控制不仅需要高精度的位置检测装置,而且控制系统结构包含非线性环节导致控制系统模型复杂化,影响系统的稳定性和快速性。
:电动机型式、电压与转速的选择
(1)根据电机启动频率,有无调速要求选择是使用直流电动机或交流电动机;
(2)选择电动机额定电压的大小;
(3)根据转速要求及传动设备的质量选取它的额定转速与转矩;
(4)由生产机械所需要的功率大小来决定电动机的额定功率(容量)。