開題報告-激光3D打印機

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1、畢業(yè)設計（論文）開題報告 畢業(yè)設計（論文）題目：激光3D打印機設計學 生： 指 導 教 師： 專 業(yè) 班 級： 20 年 月 日1. 課題名稱：激光3D打印機設計2. 課題研究背景： 3打印是快速成型技術的一種，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(gòu)造物體的技術，3打印通常采用數(shù)字技術材料打印機來實現(xiàn)。3D打印技術主要包括立體光刻造型技術、熔融沉積成型技術、選擇性激光燒結(jié)等，這些技術使得打印出的產(chǎn)品在精度及質(zhì)量等方面有大幅 的提升，可以說3打印為產(chǎn)品成型提供了整體解決方案。3打印技術就是以逐層堆積材料的方式，獲得立體的實物。首先，通過掃描儀或電

2、腦制圖軟件獲得需要打印物體的三維數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)導人 打印機，用專用軟件進行分層處理，每一層形成二維圖形數(shù)據(jù)，然后專用軟件根據(jù)每一層的二維圖形數(shù)據(jù)進行線掃描或點打印路徑規(guī)劃和自動編程，形成打印機識別數(shù)控碼程序，然后打印機啟動這些程序，進行逐點逐線逐面打印直到完成實物的成型。基本思路就是先將虛擬數(shù)據(jù)離散化處理，然后 將離散數(shù)據(jù)用打印機變成實體。2.1 3D打印技術應用領域廣泛據(jù)權威部門最新的預測報告顯示，3印刷這個方興未艾的產(chǎn) 業(yè)將在未來四年內(nèi)達到數(shù)百億美元的市場規(guī)模。隨著印刷的迅猛發(fā)展，包括印刷設備和配件及服務在內(nèi)的整個印刷市場已經(jīng)在2013年達到了25億美元的規(guī)模，并有望在2014年突破38

3、億美元大關 （約合人民幣236億元），而到2018年，這一交易額將升至162億美元 （約合人民1004億元）。照此推測， 2013年到 2018年的打印市場復合年均增長率將達到45.7%。雖然這是一個增長非常迅速的市場， 但它仍處在起步階段。時代周刊3打印產(chǎn)業(yè)列為美國十大增長最快的工業(yè)。據(jù)Wohlers Associates預測，2015年將達到37億美元，并預計到2020年達到52億美。隨著技術成果的推廣和應用，3打印技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出快速增長勢頭。從行業(yè)分布來看,用于消費電子領域的打印技術仍然占主導地位,大約占20.3%的市場份額,其他主要領域依次是汽車（19.5%）、醫(yī)療和醫(yī)科（15.

4、1%）、工業(yè)及商用機器（ 10.8%）； 從區(qū)域布來看,北美地區(qū)（40.2%）、歐洲（ 29.1%）、亞洲（ 26.3% ） 三大區(qū)域占主導地位，其中亞洲地區(qū)主要：集中于（38.7%）及中國 （ 32.9%）。3打印市場交易額創(chuàng)打印機市場交易額，3打印材料 交易額和相關服務交易額。而Canalys預計，短期內(nèi)，3打印技術的發(fā)展會超過市場的需求。3打印機的交易額也在不斷增加反映出3 打印機的銷售量在不斷增長。同時，這也會增加可用于3打印的材料的市場交易額。在未來幾年中，我們將看到有更多大品牌進人這個市場，隨著門檻的降低，新的應用案例的出現(xiàn),技術的不斷進步以及參與者的持續(xù)增加，這個市場將在未來幾年

5、中發(fā)生翻天覆地的變化 。從短期來看，隨著3打印機價格的下降和技術的日趨完善，3印刷市場將變得更加開放，基礎也將變得更加堅實。在我國，就如同在歐美發(fā)達國家一樣，這項技術已經(jīng)在改變產(chǎn)品 的研發(fā)和制造方式。隨著投人門檻的降低，3打印必將孕育我國新一代制造業(yè)者群體。目前家用3打印機在國內(nèi)已經(jīng)開售，人們對于它更多的興趣點還集中在好奇，3打印的熱度高并不等于傳播度 高 ，由此來看當前的國內(nèi)環(huán)境，3技術的推廣和真正實現(xiàn)應用還需要很長的一段磨合時間。備受關注的3打印產(chǎn)業(yè)有了國家資金的支持，3打印由虛變實便初具條件，接下來國內(nèi)3打印產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展期 ；而3打印更是為行業(yè)發(fā)展提供了新的契機。3. 課題研究意義

6、3D打印技術是以數(shù)字化、人工智能化及新型材料應用為特征的生產(chǎn)制造方式,被稱為是第三次工業(yè)革命的標志.它改變了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)制造模式,通過將PLA、ABS或者金屬材料等通過加熱、融化之后,再通過層層構(gòu)建疊加的方式,在很短的時間內(nèi)就將產(chǎn)品打印制造出來,其特點是打印時間短,成本低,產(chǎn)品千變?nèi)f化.特別一些結(jié)構(gòu)復雜的高精尖產(chǎn)品,其優(yōu)勢更加突出.3D打印技術應用領域十分廣泛,包括產(chǎn)品設計、科學研究、建筑、醫(yī)療、制造業(yè)、航天、珠寶首飾、個性化飾品等方面將發(fā)揮越來越大的作用。4. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢2.2.1國外3D打印機的研究現(xiàn)狀經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，打印技術有了長足的進步，目前 已經(jīng)能夠在0.01mm

7、的單層厚度上實現(xiàn)600dpi精細分辨率。目前國際上較先進的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25mm厚度的垂直速率，并可實 現(xiàn)24位色彩的彩色打印。目前， 在全球打印機行業(yè)，美國3systems和stratasys倆家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額。此外 ， 在此領域具有較強技術實力和特色的企業(yè)團隊/研發(fā)團隊還有美國的Fab Home和shapeways以及英國的reprap等。目前在歐美發(fā)達國家，打印技術已經(jīng)初步形成了成功商用模式。 如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)領域，3D打印技術可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復雜而驚喜的造型。另外，3D打印技術獲得成功應用的另一領域個性化消費

8、品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費品公司Quierky通過在線征集用戶的設計方案，以3是打印技術制成實物產(chǎn)品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達到100萬美元。2.2.2國內(nèi)3D打印機的研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，越來越多的企業(yè)積極布局進人打印行業(yè)渴望分得一杯羹。然而，理想與現(xiàn)實之間，畢竟總是存在著一定的距離。據(jù)中國 3D打印聯(lián)盟提供的數(shù)據(jù)2013年全3D打印市場規(guī)模約40億美元市場， 相比2012年增長翻了一番.其大體分布概況是國內(nèi)所占份額約億美元，歐洲約10億美元，美國約15億美元。從數(shù)據(jù)上看來，國內(nèi)企業(yè)在全球市場中占據(jù)著較小的份額，數(shù)據(jù)的背后則隱藏著更多的現(xiàn)實真 。比較起來，首先必須承認

9、的事實是，歐美各國3D打印行業(yè)在工藝技術、研發(fā)投人、人才基礎、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、材料等領域都處在領先位置，而國內(nèi)企業(yè)一 直止步于模仿生產(chǎn) ，整體科研能力不強。同時， 據(jù)聯(lián)盟通過調(diào)查得出的數(shù)據(jù)顯示，目前歐美較具規(guī)模的打印企業(yè) 的年銷售收人一 般都在10億元人民幣左右，而國內(nèi)目前仍沒有一 家企業(yè)收人過億，甚至超過5000萬元的企業(yè)都寥寥無幾。此外，目前國內(nèi)整3D打印行業(yè)基本上還是各自為戰(zhàn)，沒有形成合力，尤其缺乏行業(yè)組織的引領和整合，類似的現(xiàn)狀與其他產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展歷程何其相似。但是自2012年10月以來，國內(nèi)率先成立了中 國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，小而散的局面正在得到定程度的改變。 在全球范圍內(nèi)整個產(chǎn)業(yè)仍處于起

10、步階段，應用市場還未完全打開，即便是技術較為領先的歐美企業(yè)也不例外，打印究竟能夠為工業(yè)生產(chǎn)帶來什么樣的改變目前還存在一定的爭論。近年來，國內(nèi)企業(yè)已實現(xiàn)了3D打印機整機機生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點是由海外歸國隊建，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術與國外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國產(chǎn)3打印機在打印精度、打印速度 、打印尺寸和軟件支持等方面難以滿足商用的需求，技術水平捕進步提升。在服務領域內(nèi)， 我國東部發(fā)達城市已普遍有企業(yè)應用進口3打印設備開展了商業(yè)化的快速成型服務，其服務范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設計、文物復原等多個領域。與內(nèi)地相 比，我國港臺地區(qū)打印技術引入起步較早，應用更為廣泛，但港臺主

11、要著重技術應用，而非自主研發(fā)。D企業(yè)技術落后，生產(chǎn)規(guī)模小，小而散以及應用市場幾近空白 的現(xiàn)狀將 阻礙整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展，面對國外領先企業(yè)的來勢洶洶，如何在市場競爭中 掌握一定的主動權，怎樣整合現(xiàn)有的資源并找到成熟 的商業(yè)模式就變得尤為重要。眼下，正值國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的時段，傳統(tǒng)落后產(chǎn)能技術將逐步退出歷史的舞臺，以3打印以及機器人為代表的新興技術必將越來越多地投人到實際的工業(yè)生產(chǎn)中。商業(yè)嗅覺靈敏的國外企業(yè)凱覦已久，自然不想錯失中國這一巨大的市場。據(jù)介紹 ， 歐洲幾家打印大企業(yè)不僅完成了在歐洲的布局，還通過代理商完成了在國內(nèi)各個主要城市的戰(zhàn)略布局。一旦國內(nèi)的應用市場啟 動起來，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模將迅速擴大。2

12、.3 3D打印機技術未來主要發(fā)展趨勢隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3打印技術也將被推向更高 的層面。3打印機的體積小型化、桌面化， 成本更低廉 ，操作更簡便，更加適應分布化生產(chǎn)、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求；軟件集成化 ，實現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化,使設計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，實現(xiàn)設計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造；3打印技術在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領域的創(chuàng)造性應用得到快速拓展。3技術的主要發(fā)展趨勢是提升3打 的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材科打印的工藝方法，提高

13、成品的表面質(zhì)量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成為今后研究與應用的又一個熱點；未來 打印技術的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢，將受到社會的廣泛關注 。4. 文獻查閱概況1劉道春. 3D打印技術的發(fā)展與前景J. 印刷質(zhì)量與標準化,2015,(10):8-13從中長期看來3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景,但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離。因此,現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對3D打印領域的投入應以加強創(chuàng)新研發(fā)、技術引進和儲備為主,尤其要重視自主知識產(chǎn)權的建設和

14、維護,爭取在未來的市場競爭中占據(jù)有利地位2朱艷青,史繼富,王雷雷,鐘柳文,李育堅,徐剛. 3D打印技術發(fā)展現(xiàn)狀J. 制造技術與機床,2015,(12):50-57.摘要：3D打印技術作為一種快速成型技術迅猛發(fā)展,并且正迅速改變著人們的生產(chǎn)生活方式。在3D打印的設備、技術、材料、應用等方向分別進行了介紹,并對技術和材料所存在的問題進行了分析,在此基礎上對3D打印技術進行了能耗和環(huán)保評估,并提出了3D打印技術應該與新能源相結(jié)合的觀點。3李小麗,馬劍雄,李萍,陳琪,周偉民. 3D打印技術及應用趨勢J. 自動化儀表,2014,(01):1-5.3D打印技術作為第三次工業(yè)革命的代表性技術之一,越來越受到

15、工業(yè)界和投資界的關注。在詳細介紹3D打印技術具有數(shù)字制造、降維制造、堆積制造、直接制造和快速制造等優(yōu)點的基礎上,具體給出了光固化成形、材料噴射、粘結(jié)劑噴射、熔融沉積制造、選擇性激光燒結(jié)、片層壓和定向能量沉積這七類3D打印工藝。分別分析了3D打印技術的全球商業(yè)化狀況和應用領域,并進一步展望了3D打印技術的應用趨勢。最后指出,3D打印技術將深刻改變傳統(tǒng)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)模式,實現(xiàn)從傳統(tǒng)制造向智能制造邁進4王月圓,楊萍. 3D打印技術及其發(fā)展趨勢J. 印刷雜志,2013,(04):10-12.摘要：近年來,3D打印技術在工業(yè)產(chǎn)品設計,特別是數(shù)字產(chǎn)品模型制造領域的應用正在成為一種潮流和熱門話題。桌面級3D打印

16、設備的逐漸成熟和應用開始推動全球3D打印市場的興起,全球工業(yè)分析公司(Global Industry Analysis Inc)的研究報告預測2018年全球3D打印市場將達到29.9億美元。一、3D打印技術與3D打印機3D打印技術與3D印刷是兩個完全不同的概念。5柳建,雷爭軍,顧海清,李林岐. 3D打印行業(yè)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀J. 制造技術與機床,2015,(03):17-21+25.摘要：3D打印的節(jié)材、節(jié)能技術特點高度契合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,因此,受到國內(nèi)各方面的廣泛關注。簡要介紹了國內(nèi)3D打印的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,并深入分析了國內(nèi)3D打印目前存在的問題以及行業(yè)發(fā)展存在的隱患。最后,針對這些問題,提出

17、了相應的發(fā)展建議。6盧秉恒,李滌塵. 增材制造(3D打印)技術發(fā)展J. 機械制造與自動化,2013,(04):1-4.摘要：增材制造技術俗稱3D打印技術,是近30年快速發(fā)展的先進制造技術,其優(yōu)勢在于三維結(jié)構(gòu)的快速和自由制造,被廣泛應用于新產(chǎn)品開發(fā)、單件小批量制造。本文介紹了增材制造技術設備和應用情況,闡述國內(nèi)外增材制造技術發(fā)展現(xiàn)狀,說明增材制造技術發(fā)展趨勢和關鍵技術。更多還原7蘭天. 3D打印技術應用的意義J. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2014,(02):106+108.摘要：3D打印技術是以數(shù)字化、人工智能化及新型材料應用為特征的生產(chǎn)制造方式,被稱為是第三次工業(yè)革命的標志。它改變了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)制

18、造模式,通過將PLA、ABS或者金屬材料等通過加熱、融化之后,再通過層層構(gòu)建疊加的方式,在很短的時間內(nèi)就將產(chǎn)品打印制造出來,其特點是打印時間短,成本低,產(chǎn)品千變?nèi)f化。特別一些結(jié)構(gòu)復雜的高精尖產(chǎn)品,其優(yōu)勢更加突出。3D打印技術應用領域十分廣泛,包括產(chǎn)品設計、科學研究、建筑、醫(yī)療、制造業(yè)、航天、珠寶首飾、個性化飾品等方面將發(fā)揮越來越大的作用。8崔萬瑞,李愈馨,李福坤,于航,姜合萍. 3D打印機體系結(jié)構(gòu)研究J. 計算機光盤軟件與應用,2014,(16):127-128.摘要：本文介紹了3D打印機的技術特點。以一種工藝為例論述了3D打印機的軟硬件技術體系架構(gòu),并詳細介紹了3D打印機各組成部分的功能以及

19、各部分之間的接口關系,并介紹了3D打印的工作流程。9梁旺. 桌面型三維打印機產(chǎn)品造型設計與開發(fā)D.東南大學,2016.摘要：桌面型3D打印機因材料利用率高、成型速度快的優(yōu)點,在教育、藝術、機械等領域得到廣泛應用。然而,桌面型3D打印機因造型普通、安全性原因尚未能在家庭普及。為此,本文基于情感化設計理論,采用模塊化設計方法,對桌面型3D打印機整機造型進行設計與開發(fā)。首先,本文基于桌面型3D打印機的市場需求和功能需求,從色彩、材質(zhì)、加工工藝角度對3D打印機外觀造型進行研究,提出3D打印機的設計要點；對比分析3D打印機的運動單元結(jié)構(gòu),對內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計；對3D打印機的顯示操作系統(tǒng)進行研究并制

20、定整體設計方案。其次,在闡述情感化設計理論方法的基礎上,對3D打印機造型設計的影響因子進行分析,對市面上桌面型3D打印機進行樣本采集和語意搜集；對意象語意進行篩選,以此為基礎,進行產(chǎn)品草圖設計和產(chǎn)品效果圖設計。再其次,本文對現(xiàn)有3D打印機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一些缺陷進行綜合分析,并提出相應的解決方案,進行相應的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。針對現(xiàn)有鋁型材框架存在的裝配效率低問題,提出了一種裝配更加簡單、結(jié)構(gòu)更為緊湊的鈑金結(jié)構(gòu)框架；為確保擠出的熔融料絲快速冷卻,設計了一種全新的風向轉(zhuǎn)換風道裝置。最后,本文對內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)設計的合理性進行實驗；對整體設計方案進行分析和評價并確定3D打印機最終總體方案。本文設計的桌面型3D打印機造

21、型,造型新穎、富有科技感,增加了消費者的用戶體驗；設計優(yōu)化的內(nèi)部框架使3D打印機結(jié)構(gòu)更為緊湊,解決了裝配效率低的問題,有效提高生產(chǎn)效率。10張自強. 基于FDM技術3D打印機的設計與研究D.長春工業(yè)大學,2015.摘要：自3D打印技術問世以來,3D打印機便成為3D技術領域的前瞻性產(chǎn)品,并逐步成為一項新型的主流加工技術。3D打印機的發(fā)展不僅成為未來世界新的創(chuàng)造性科技,更是掀起了世界性制造業(yè)革命的熱潮,不僅改變了多年來制造業(yè)的生產(chǎn)方式,也進入到我們的日常生活。3D打印機作為一種高科技設備,綜合應用了CAD技術、CAM技術、激光學、光化學及材料科學等諸多方面的科學與技術。它使得產(chǎn)品設計、工業(yè)設計、建

22、筑設計及醫(yī)療用品設計等領域的研發(fā)者,能夠快捷方便地獲得三維實物模型,方便后期的設計。目前3D打印機的發(fā)展和推廣仍然有著廣闊的空間,同時也面臨著諸多困難和挑戰(zhàn),尤其在設備成本、成型材料、打印精度、打印速度和打印效率等方面需要進行更加深入的探索與研究。針對現(xiàn)有3D打印機效率低、精度差及原材料昂貴等不足,深入分析3D打印機的工作機理,設計新型基于熔絲沉積成型(FDM)技術3D打印機,提出三噴嘴擠出機構(gòu),改善現(xiàn)有3D打印機中的不足。根據(jù)各部分功能的不同對3D打印機的機械結(jié)構(gòu)進行模塊劃分,分別對擠出機構(gòu)、送絲機構(gòu)、伺服系統(tǒng)以及溫度控制系統(tǒng)等進行研究,并對核心結(jié)構(gòu)進行仿真分析。對基于FDM技術3D打印機進

23、行零部件的設計及整機裝配,為3D打印機的仿真分析及進一步改進提供數(shù)模；針對3D打印機核心機構(gòu)(擠出機構(gòu))及結(jié)構(gòu)進行設計,研究出三噴嘴擠出機構(gòu)、柱塞泵式擠出機構(gòu)和滑片泵式擠出機構(gòu)；對3D打印機承載零部件的強度及剛度等性能進行分析,檢驗所設計機械結(jié)構(gòu)的可靠性；對擠出機構(gòu)進行流體仿真分析,模擬3D打印機工作時機構(gòu)內(nèi)部流體的實際運動情況,驗證三噴嘴擠出機構(gòu)的可行性；對3D打印機的控制流程進行研究,分析3D打印機工作時擠出機構(gòu)、送絲機構(gòu)及伺服機構(gòu)等分工協(xié)作流程,確保3D打印機工作的穩(wěn)定性。通過對基于FDM技術3D打印機進行研究與設計,既提高其成型精度及成型速度,又改善絲材容易堵絲、溢流、斷流以及設備昂貴

24、等問題。通過打印樣件對所研制3D打印機進行實驗測試,經(jīng)驗證可知,基于FDM技術3D打印機達到了項目的設計要求,為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高精度、高效率且低成本的3D打印機提供理論依據(jù)。11曹冉冉. 激光金屬粉末成型機結(jié)構(gòu)設計與實驗研究D.北方工業(yè)大學,2015.摘要：近年來,快速成型作為一種創(chuàng)新型制造技術得到了迅速發(fā)展和推廣。隨著媒體的宣傳,人們也越來越多地了解并運用快速成型?；谄涑尚退俣瓤?、零件復雜度要求低、材料重復利用率高等特點,快速成型技術在軍事、生命科學、航空航天、汽車等領域得到了廣泛運用。在航空航天和武器裝備等領域中,一些具有特殊性能和復雜結(jié)構(gòu)的金屬零件如航空發(fā)動機渦輪盤的使用很廣泛

25、,但這些零件的制造存在能耗高、污染嚴重、周期長、成本高等難題。由于通常采用鈦或者鎳基高溫合金等特殊的昂貴材料,采用機加工不僅制造困難而且浪費掉很多材料；采用鑄造技術可成形出復雜結(jié)構(gòu),但工藝復雜,難以控制,零件缺陷較多；采用模鍛技術可以克服鑄件性能差的缺陷,但需要昂貴的精密模具和專用設備,成本很高?；谏鲜鲈?采用激光快速成型可以在無需夾具的條件下,利用激光束逐層選擇性地熔化金屬粉末,經(jīng)快速冷卻凝固得到均勻細小的金相組織,累積生長成型金屬零件。其致密度接近100%、材料利用率達到100%,尺寸精度可達到工業(yè)要求。選擇性激光熔化成型對選擇區(qū)域內(nèi)的金屬粉末充分熔化,使得區(qū)域內(nèi)幾乎沒有固相組織,因此

26、,在液體張力的作用下,容易出現(xiàn)“聚球”現(xiàn)象,需要對工藝參數(shù)和掃描路徑進行嚴格控制以抑制這種現(xiàn)象。尋求這種工藝下,為取得良好的成型效果,各工藝參數(shù)之間應滿足什么關系,并以此作為本課題研究目標。3D打印技術原理對于研究本課題具有很好的參考價值,由于研制激光金屬成型設備成本較大,因此本課題在研制金屬成型設備前對3D打印進行了一系列研究。本文在學習和了解3D打印技術原理的前提下,給出一套3D打印機的傳動方案,并結(jié)合具體參數(shù)給出了絲杠及同步帶的選型方案,針對實驗過程中出現(xiàn)的問題進行了相應改進,得到很好的實際效果。同時,設計開發(fā)了一套激光金屬粉末成型設備,在之后的改進過程中,為解決金屬粉末成型機實際操作中

27、刮刀難以裝卸的問題,設計了一套可行的四桿機構(gòu)。本文論述了在選擇性激光熔化成型中,添加工藝支撐的必要性和合理性,定義了一套工藝支撐的結(jié)構(gòu)參數(shù),解釋了它們的具體含義以及改變它們的數(shù)值會造成的影響。最后,根據(jù)課題研究目標,設計了一組有顯著差異的實驗模型,根據(jù)實際成型效果確定了最優(yōu)工藝參數(shù)完成實驗,分析實驗結(jié)果,得出成型規(guī)律,并提出了經(jīng)驗公式,對支撐結(jié)構(gòu)的具體設計提供理論依據(jù)。12江陽,陳利華,孟慶華,鄭少瑜. 一種可清除甲醛的光敏樹脂的制備及其在3D打印成型中的應用J. 信息記錄材料,2015,(04):3-6+31摘要：由丙烯酸通過環(huán)氧化、雙乙烯酮酯化等步驟合成得到除醛功能分子,即:3-羥基丁烯酸

28、-2-丙烯酸乙二酯(AEHB)。使三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)在偶氮二異丁腈(AIBN)熱引發(fā)下適度聚合,成為超支化預聚體,其殘余的雙鍵部分以除醛功能分子(AEHB)封端,部分留作后續(xù)光固化用得光敏樹脂(TMPTA-AEHB)。采用對肟酯光引發(fā)劑,在3D打印機中的LED激光器的405nm波長激光激發(fā)下,分解出自由基,使光敏樹脂發(fā)生交聯(lián)而固化,得到3D打印制品。將3D打印制品置于在玻璃空氣艙進行除醛實驗,發(fā)現(xiàn)其除醛能力隨除醛功能成分含量的增加而提高,最高可達到84%左右的甲醛清除率,其除醛機理源于烯醇結(jié)構(gòu)對甲醛羰基的親核進攻。13曾鋒. 激光3D打印過程自動測溫研究J. 嘉應學院學報,2

29、016,(08):24-27.摘要：針對目前傳統(tǒng)的熱電偶測溫方法所帶來的裝夾困難、響應時間長、只能獲得單點溫度數(shù)據(jù)等不足之處,提出了一種基于熱像儀的激光3D打印過程自動測溫方法.對覆膜砂SLS過程的溫度場進行了實測,通過對實測云圖數(shù)據(jù)的分析得出了覆膜砂SLS的最佳工藝參數(shù),并實際打印出樣品,樣品與CAD設計模型的相對誤差小于1%.此方法可以節(jié)省試制的時間成本及材料成本,所獲得的完整溫度場云圖信息有利于激光3D打印工藝的計算機模擬及優(yōu)化.14方浩博. 基于數(shù)字光處理技術的3D打印設備研制D.北京工業(yè)大學,2016.摘要：快速成型技術又稱3D打印技術。隨著快速成型技術的逐步穩(wěn)定,出現(xiàn)了多種快速成型

30、技術方案,并在航空、醫(yī)療、設計等領域得到了創(chuàng)新應用。3D打印技術使用金屬粉末材料或非金屬樹脂材料作為原材料。選區(qū)激光融化技術(Selective Laser Melting,SLM)是使用金屬粉末材料的3D打印技術的代表之一,該技術使用激光光源將粉末逐層融化,融化的粉末再凝固時相互連接完成成型。在非金屬樹脂材料方面,主要有兩類具有代表性的技術:一種是以熔融沉積制造技術(Fused Deposition Modeling,FDM)為代表使用工程樹脂材料的熱熔型成型3D打印機;另一種是以光固化成型技術(Stereo lithography Apparatus,SLA)為代表的使用光敏樹脂材料的光固

31、化聚合型3D打印機。光固化技術是發(fā)展至今最為成熟的3D打印技術。目前光固化型3D打印機有以下幾種技術類型,分別是激光掃描型,投影輻照型,噴墨打印型等。其中投影輻照型打印機借助數(shù)字投影技術(Digital Lighting Processing,DLP)完成3D打印。DLP技術的引入使得光固化型3D打印機可以以較低的成本實現(xiàn)高精度的模型成型。投影技術的高度集成保證了3D打印機的穩(wěn)定性能。投影輻照型光固化3D打印技術適合制作尺寸小,精度高的特定模型,依照目前市場需求狀況,適合牙科醫(yī)療以及珠寶應用領域。本文介紹的主要內(nèi)容為基于DLP技術的光固化型3D打印機樣機的制作,并對樣機成型性能做出簡要分析,主

32、要內(nèi)容如下:一、研究DLP技術和光固化3D打印技術的可行性,確定3D打印機設備的具體系統(tǒng)方案,改裝原有DLP投影設備。二、制作以單片機為核心的電路控制系統(tǒng),負責接收PC端控制指令,控制打印機內(nèi)Z軸高精度運動以及投影設備。三、在PC端使用C#編寫軟件處理STL模型數(shù)據(jù),采取新的程序流程改進分層切片算法,使其適用于DLP技術。四、完成樣機的制作并打印樣件,分析對比3D打印機成型性能,分析影響成型精度的因素,并提出后續(xù)可能的改進方案。15牛旭苗. FDM 3D打印機仿真平臺的優(yōu)化與研究D.青島大學,2016.摘要：本研究的目的是對3D打印過程進行可視化仿真,并對打印路徑和STL文件缺陷的修復方法進行

33、研究,從而為3D打印工藝的優(yōu)化提供可靠依據(jù)。本仿真軟件以BFB文件為基礎進行研究,主要研究以下三個方面:(1)仿真軟件的設計優(yōu)化:仿真軟件用于實現(xiàn)打印過程的仿真和BFB文件的生成,使用C+語言創(chuàng)建仿真軟件的功能界面和打印機幾何模型。通過優(yōu)化仿真界面和人機交互功能來提高軟件性能,方便用戶的使用。(2)STL文件缺陷的修復方法研究:STL文件作為3D打印機的接口文件,對3D打印工藝的優(yōu)化和仿真有重要的研究價值。STL文件是三角化后得到的網(wǎng)格文件,由于造型軟件的精度偏差和三角化算法的不完善,STL文件中常常存在很多缺陷。從初始三維模型和STL中常見的缺陷出發(fā),文中重點總結(jié)共性,剖析研究,尋找更有效快

34、速的修復方法。(3)打印路徑的研究:FDM 3D打印機在實際使用中會受到設備、材料、時間、路徑、性能、溫度等因素的影響。當打印路徑中空行程太多,就會導致噴頭頻繁的開啟關閉,從而影響成型質(zhì)量,降低打印機壽命。根據(jù)多邊形輪廓,設定多邊形輪廓和工藝參數(shù),選擇不同的打印路徑,以BFB文件內(nèi)容格式為基礎生成BFB文件。同時對不同路徑下的BFB文件打印中耗材、耗時等參數(shù)進行比較,從而實現(xiàn)對打印路徑的分析研究。16A dry powder jet printer for dispensing and combinatorial researchJ . Shoufeng Yang,Julian R.G Eva

35、ns.Powder Technology . 2004 (2) Abstract:In this letter we describe a simple device built from a laboratory ultrasonic generator and a glass capillary that can jet samples of dry powder of mass down to 0.05 mg. Placed over a three-axis table, it provides an ink-jet printer for powders. It can be use

36、d for any application requiring precise placement of powder samples but our primary interest is its use in so-called second generation solid freeforming (SFF). Particularly useful in selective laser sintering, the method allows each layer of powder to be patterned with different compositions so that

37、 both shape and composition of an entire engineering component can be downloaded from a computer file17WU Qiang,XU Hua. Three-dimensional geological modeling and its application in Digital MineJ. Science China(Earth Sciences),2014,(03):491-502.Abstract：The 3D geological modeling is the prerequisite

38、and core foundation for Digital Mine.Although this new technology brings new opportunities and motivation for the mineral exploration industry,it still has many difficulties to be solved in this area.Based on the characteristics of mine data and the aim of Digital Mine construction,this paper introd

39、uces a theory including multi-source data coupling,multi-modeling methods integration,multi-resolution visualization and detection,and multidimensional data analysis and application.By analyzing problems such as the uncertainty in each step of the modeling process,we designed a novel modeling method

40、 that can be applied to the complex geological body modeling,mineral resource/reserve estimation,and the mining exploration engineering.Along with the process of mine exploration,development,and reclamation,3D modeling undergoes the process ofconstruction-simulation-revisionduring which the 3D model

41、 is able to be dynamically updated and gradually improved.Based on the result of practical utilization,it is proven that the methodology introduced by this paper can be used to build an effective 3D model by fully using the mining data under the control of spatial information quality evaluation.Our

42、experiments show that such a 3D model can be used to evaluate the mine resource and provide the scientific evidence to improve mining efficiency during the various stages of evolvement process in mine.18Anoop Kumar SOOD,S. S. MAHAPATRA,Samir Kumar PANDA,Saumyakant PADHEE. Optimization of Fused Depos

43、ition Modelling (FDM) Process Parameters Using Bacterial Foraging TechniqueJ. Intelligent Information Management,2009,01(02):.Abstract: Fused deposition modelling (FDM) is a fast growing rapid prototyping (RP) technology due to its ability to build functional parts having complex geometrical shapes

44、in reasonable build time. The dimensional accuracy, surface roughness, mechanical strength and above all functionality of built parts are dependent on many process variables and their settings. In this study, five important process parameters such as layer thickness, orientation, raster angle, raste

45、r width and air gap have been considered to study their effects on three responses viz., tensile, flexural and impact strength of test specimen. Experiments have been conducted using central composite design (CCD) and empirical models relating each response and process parameters have been developed

46、. The models are validated using analysis of variance (ANOVA). Finally, bacterial foraging technique is used to suggest theoretical combination of parameter settings to achieve good strength simultaneously for all responses5.（論文）的主要內(nèi)容（1）進行激光3D打印機機結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化分析設計。（2）激光3D打印機機結(jié)構(gòu)設計計算；（3）激光3D打印機總裝配圖設計；（4）關鍵零

47、件的零件圖；（5）關鍵件尺寸的計算；6.設計（論文）提交形式畢業(yè)設計圖紙畢業(yè)設計計算說明書外文翻譯資料7.進度安排第四周：相關資料的搜集，英語文獻的翻譯及編寫開題報告。第五周： 相關資料的搜集，英語文獻的翻譯及編寫開題報告。第六周： 3D打印機動機選型與參數(shù)計算。第七周：結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化分析設計。第八周：激光3D打印機機結(jié)構(gòu)設計計算。第九周：激光3D打印機總裝配圖設計。第十周：激光3D打印機自動化控制系統(tǒng)原理設計。第十一周：關鍵零件的零件圖。第十二周：關鍵零件尺寸的計算；第十三周：激光3D打印機總裝配圖優(yōu)化與繪圖。第十四周：激光3D打印機總裝配圖優(yōu)化與繪圖。第十五周：激光3D打印機總裝配圖優(yōu)化與繪圖。第十六周：激光3D打印機總裝配圖優(yōu)化與繪圖。第十七周：編寫設計計算說明書，形成畢業(yè)設計全部文件，準備答辯。第十八周：畢業(yè)答辯。8. 指導教師意見簽名： 年 月 日