关于3D打印机机械结构设计开题报告_3d打印机开题报告

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2.1本课题要解决问题

学校目前使用的立体光固化快速成型设备为SPS450。该设备主要由由激光发生器，控制系统和三个轴向的运动系统等组成。三个轴向运动分别为Z轴、B轴和F轴。Z轴控制工作台的升降系统（如图4所示）；F轴为液面补偿系统，通过控制浮块的升降来补偿液面的变化；B轴是横向的涂铺系统，通过控制刮板的水平移动刮平液面并使液面平稳静止，确保光固化的精度。

图4 Z轴运动系统简图

该设备将所设计零件的三维计算图像数据转换成一系列很薄的模型截面数据，然后在快速成型机上，用可控制的紫外线激光束，按计算机切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹，对液态光敏树脂进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模型的一个薄截面轮廓。下一层以同样的方法制造。该工艺从零件的最底薄层截面开始，一次一层连续进行，直到三维立体模型制成。一般每层厚度为0.076～0.381mm，最后将制品从树脂液中取出，进行最终的硬化处理，再打光、电镀、喷涂或着色即可。其成型过程流程图如图5.图5 光固化成型过程流程图 该设备使用的用材料为感光树脂，要实现光固化快速成型，感光树脂的选择也很关键。它必须具有合适的粘度，固化后达到一定的强度，在固化时和固化后要有较小的收缩及扭曲变形等性能。更重要的是，为了高速、精密地制造一个零件，感光树脂必须具有合适的光敏性能，不仅要在较低的光照能量下固化，且树脂的固化深度也应合适。满足上述要求的感光树脂价格昂贵，并且由于其分子特性，随着它放置的时间增长粘度就会逐渐变大，最终导致这些树脂无法满足生产要求。目前市场上销售的激光快速成型机的容积是固定的，比如SPS450设备加工范围是450*450*350mm，加工工件时，即使很小的工件，也必须加满树脂槽。这就造成了树脂的沉积和浪费。本毕业设计对SPS450设备的整体机械结构重新设计和改造，使其能够根据工件得大小来决定树脂添加量的机械设备，从而节省产品的加工成本。

2.2 拟采用的研究手段及途径 1，方案选择

通过对中外相关文献的查阅和老师的指导，对光固化快速成型的过程和原理有了一定的了解，对现有的SPS450设备的机械结构也比较熟悉。目前考虑有如下方案：

方案一：在树脂槽底部增加一个轴向运动，以此来改变树脂槽的体积； 方案二：向树脂槽中添加空心的金属块，以此来减少每次生产所需的树脂。考虑到感光树脂具有一定的腐蚀性，会腐蚀密封材料，从而会影响树脂槽的密封导致树脂的泄漏问题，而相对于方案一，方案二并没有这个问题，而且改造简单易行，成本低廉，故采用方案二。

2，结构设计

为了能尽可能地减小设备的体积，同时要考虑到不能与涂铺机构的运动系统互相干扰，结构简单，将控制液体补偿的F轴和控制工作台的升降的Z轴分别竖直置于树脂槽上方的固定的钢板的两侧。其整体结构如图：

图6 SPS450重新设计的整体结构图

3，Z轴和F轴的电机和控制方式的选择

由于工作台的升降和树脂液面的补偿都需要精准的定位，保证浮块的位置在可测量的范围之内，而且工作台不能过高或过低，以免网板影响涂铺系统的运动或者机械的冲撞设备上的其它部位造成网板零位的改变甚至造成机械性的损坏。因此，选用可控性良好的伺服电机，控制方式选用闭环控制。

4，传动系统的选择

为了能够达到设备要求的Z轴和F轴的精度，减少运动过程中的摩擦力，用联轴器将伺服电机与转轴直接相连，用滚珠丝杠螺母将运动传递给浮块和网板。