開題報告-并聯(lián)3D打印機結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制

并聯(lián)3D打印機結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制開題報告１、課題論證1.1課題研究的目的與意義眾所周知，科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，一個國家的進步與發(fā)展靠的是先進的科學技術(shù)，3D打印技術(shù)采用逐層疊加的制造方式，這使得許多傳統(tǒng)工藝無法加工的復雜零件的問題迎刃而解。它不僅打破了傳統(tǒng)的流水線的生產(chǎn)模式，而且相比于傳統(tǒng)的制造工藝，3D打印具有傳統(tǒng)制造工藝無法比擬的優(yōu)勢，尤其是在注重經(jīng)濟環(huán)保當下，深受制造行業(yè)的重視。英國的著名雜志《經(jīng)濟學人》雜志指出，3D打印將推動第三次工業(yè)革命?！督鹑跁r報》也稱3D打印機將像蒸汽機、內(nèi)燃機、計算機一樣開創(chuàng)一個嶄新的工業(yè)時代。為了抓住這次機遇推動我國3D打印技術(shù)的發(fā)展，我國政府也大力頒布相關(guān)政策支持3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本課題來源于目前日益蓬勃發(fā)展的3D打印技術(shù)，本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計完成一臺并聯(lián)3D打印機，了解打印機的機械結(jié)構(gòu),控制功能。1.2文獻綜述（相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀）1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀：在1892年地質(zhì)學家Blanther就提出了用分層切片的方法制作三維地圖模型，由于當時的制造水平還很落后,該想法只作為一個概念模型存在,隨著社會的進步,科學技術(shù)的不斷發(fā)展,直到19世紀80年代CharlesW.Hull在美國UVP公司的支持下，設(shè)計并完成了第一臺能實現(xiàn)完整打印功能的零部件制造系統(tǒng)（SLA-1）,這可以看做是3D打印發(fā)展的里程碑事件。在隨后的幾十年的發(fā)展中,3D打印技術(shù)不斷發(fā)展,不斷走向進步。美國3DSystem公司在1988年采用“立體平版印刷快速成型”（SterenLithography）SL技術(shù)，通過紫外激光線束照射掃描光敏樹脂經(jīng)其固化，逐層凝結(jié)累加制造出三維實體模型并推出的首臺商用“液態(tài)光敏樹脂選擇性固化成型機”（SLA-250），標志著3D打印技術(shù)的誕生。1992年美國麻省理工學院的SachesE.M.和CimaM.J.等首次對3D打印技術(shù)做出了概念性的描述。麻省理工大學在1993年獲得三維印刷技術(shù)(3DP)專利。3D打印機的名字首次在1996年被使用。創(chuàng)建于1998年的Objet公司，致力于開發(fā)3D打印設(shè)備及成型材料，并于2007年推出Eden系列產(chǎn)品得到市場的廣泛認可，已經(jīng)成功開發(fā)出具有不同性能的多種光敏樹脂打印材料。美國3Dsystems和Stratasys兩家公司在世界3D打印領(lǐng)域占據(jù)了絕大部分市場。2005年，ZCroporation公司生產(chǎn)了世界上第一臺高精度彩色3D打印機SpectrumZ510，同年，英國巴恩大學的ArianBowyer發(fā)起開源3D打印機項目RepRap，從此桌面3D打印機進入DIY時代。2010年，Stratasys公司與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公司建立了OME合作關(guān)系，生產(chǎn)HP品牌的3D打印機。2011年美國宣布一項新政策，向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元來提升美國在制造行業(yè)的領(lǐng)先地位。奧巴馬說他希望3D打印技術(shù)能夠成為重新振興美國制造業(yè)的一條捷徑。2012年，《TheEconomist》指出3D打印技術(shù)將帶動第三次工業(yè)革命，引起3D打印技術(shù)的研究熱潮。2013年，3D打印在《環(huán)球科學》最值得銘記、對人類社會產(chǎn)生影響最為深遠的十大新聞中排名第九。在此基礎(chǔ)上各國也加大了對3D打印產(chǎn)業(yè)的支持力度,在2012美國年就成立了“國家增材制造中心”，重點發(fā)展3D打印業(yè)。2007年到2013年，歐盟投資1.6億歐元支持了60個3D打印項目。2014年11月，韓國發(fā)布了一個長達10年的3D打印戰(zhàn)略規(guī)劃，以推動和發(fā)展3D打印技術(shù)。此外，荷蘭、意大利、日本、澳大利亞等國家均在3D打印研發(fā)上投入了大量資金?，F(xiàn)如今越來越多的國家注重發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，這也說明3D打印產(chǎn)業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)，國家發(fā)展過程中重要的地位。1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀:在國內(nèi)3D技術(shù)的發(fā)展起步較晚,但是在政府部門和國內(nèi)高校的大力支持下,許多發(fā)達的城市都建立了3D打印的服務(wù)機構(gòu)和3D打印的研究場所。這使得我國的3D打印技術(shù)得到了快速的發(fā)展，很快與國際社會接軌。以聚乳酸（PolylacitcAcid）作為3D打印材料的3D打印設(shè)備在國內(nèi)出現(xiàn)，像3D打印Delta機器人，打印的一般產(chǎn)品能滿足我們的需要。2010年經(jīng)過十幾年的努力，華中科技大學成功研制的工業(yè)級1.2米×1.2米制造裝備，該設(shè)備具有很大的成型工作空間，可以打印較大的模型，其性能超過了國外3D打印公司的同類產(chǎn)品。這是當時世界上最大成型空間的快速制造裝備。西安交通大學自主研發(fā)了一套基于光固化成型的3D打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)的精度達到0.2mm。中國科技大學推出了具有轉(zhuǎn)換功能的八噴頭組合噴射裝置，在微制造及光電器件領(lǐng)域有著很好的應用前景。雖然我國生產(chǎn)的3D打印機裝備的功能已經(jīng)接近世界先進水平，但是一些打印機的關(guān)鍵部件仍需要從國外進口，此外我國的材料品種也遠沒有國外豐富，許多研發(fā)材料都需要從國外進口，從而也導致了3D打印技術(shù)的研發(fā)成本大大提高，成為阻礙了該技術(shù)推廣的絆腳石。但是我國支持3D打印產(chǎn)業(yè)的決心沒有改變，特別是近年來，2013年3D打印產(chǎn)業(yè)入選了《國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃、國家科技支撐計劃制造領(lǐng)域、2014年度備選項目征集指南》，其中提到，要突破3D打印核心關(guān)鍵技術(shù)，研制重點裝備產(chǎn)品，并在相關(guān)領(lǐng)域開展驗證，初步具備開展全面推廣應用的技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)化條件。2015年，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》以及《中國制造2025》相繼出臺，表明了我國對3D打印支持的力度與決心。雖然我國在3D打印領(lǐng)域還有很長的路要走，但同時也說明了我國在該項領(lǐng)域的發(fā)展空間巨大。1.2.3并聯(lián)機構(gòu)的研究現(xiàn)狀并聯(lián)機構(gòu)（Parallelmechanism）是一種閉環(huán)機構(gòu)，其動平臺或稱末端執(zhí)行器通過至少２個獨立的運動鏈與機架相聯(lián)接。早在1965年德國Stewart發(fā)明了六自由度并聯(lián)機構(gòu)，用于制作飛行模擬器來訓練飛行員。澳大利亞著名機構(gòu)學教授Hun在1978年提出Stewart機構(gòu)接近人體結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)用于機器人手臂。加拿大著名機構(gòu)學教授對并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型綜合，運動學分析，奇異性分析等建立了完整的理論體系。國內(nèi)機構(gòu)學專家Fang和Huang等提出了螺旋理論并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型綜合方法。隨后的發(fā)展過程中，石明提出了3-P-(2SS)并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)的平臺是采用3個非對稱的結(jié)構(gòu)方式分布，有較大的工作空間。李江濱對基于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的3D打印機的部分關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，提出在通過對3D打印機的運動學誤差標定來提高打印機的打印精度。還有不少學者在并聯(lián)機構(gòu)的應用上做出了很大的貢獻，提出許多不同的并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，并對進行了大量的分析研究工作，都是可以較好的應用在熔融沉積制造的3D打印技術(shù)上。并聯(lián)機構(gòu)，在近年來發(fā)展迅速，被廣泛應用于，工業(yè)機器人，3D打印等各項領(lǐng)域。1.3課題研究的內(nèi)容、總體方案及技術(shù)路線、進度安排等1.3.1論文的主要內(nèi)容及總體方案：目前3D打印還是采用傳統(tǒng)的串聯(lián)機械結(jié)構(gòu)，由于自身的先天條件不足。不能更好的適應市場高速度，高精度的需求。并聯(lián)3D打印機因其具有承載能力強、動態(tài)性能好、運動精度高、多功能靈活性強、壽命長等優(yōu)點被應用于工業(yè)生產(chǎn)中。本次畢業(yè)設(shè)計是應用專業(yè)知識完成一臺并聯(lián)3D打印機結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制。通過本次設(shè)計，完成設(shè)備總體方案的設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件強度校核計算、繪制并聯(lián)3D打印機的工程圖、電控系統(tǒng)設(shè)計、編寫控制程序、繪制控制電路圖、查閱相關(guān)參考文獻、從而達到鞏固綜合運用所學知識，掌握正確的設(shè)計思想與方法目的。1.3.2設(shè)計要求具體參數(shù)：打印范圍:180mm直徑350mm高度，成型方式FDM，打印材料ABS設(shè)計圖紙數(shù)量不少于3張A0圖紙；設(shè)計說明書不少于1.5萬字，正文頁數(shù)不少于30頁；譯文與開題報告不少于3000字。1.3.3章節(jié)安排第一章：闡述選題的背景與意義，3D打印技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，論文的主要內(nèi)容。第二章：總體方案的確立，技術(shù)參數(shù)的確定，以及選擇符合要求的驅(qū)動裝置。第三章：機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，電機的選型與計算、驅(qū)動器的選型與計算、完成同步帶、連桿設(shè)計計算與校核，并繪制裝配圖，零件圖。第四章：控制系統(tǒng)的設(shè)計，編寫程序，繪制電路圖。第五章：結(jié)論，總結(jié)全文。第六章：注明參考文獻，致謝。1.3.4進度安排及設(shè)計線路時間設(shè)計任務(wù)及要求第1周分析、查閱資料，熟悉設(shè)備技術(shù)要求、背景，學習與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)知識，做好前期準備工作。第2周撰寫開題報告和外文翻譯，準備開題報告答辯PPT。第3-4周總體方案的設(shè)計,機械部分與控制部分選型設(shè)計第5-6周電機與驅(qū)動器的選型計算，編寫電機控制程序，繪制電路圖第7周完成3D打印機控制部分的設(shè)計工作第8-9周機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，完成關(guān)鍵零部件的選型與校核第10-11周完成機械部分的設(shè)計，畫工程圖，零件圖第13周整理編寫設(shè)計說明書，交指導老師審定，制作答辯提綱，設(shè)計定稿，打印，準備畢業(yè)設(shè)計答辯。第14周進行畢業(yè)設(shè)計答辯。1.3.5注意存在的問題設(shè)計方案,進度安排要詳細具體。論文格式，參考文獻要規(guī)范。論文內(nèi)容要充實詳細。繪制圖紙時要規(guī)范，應有標題欄，標注要詳細。按照畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求，獨立認真完成畢業(yè)設(shè)計。1.4參考文獻[1]李小麗,馬劍雄,李萍,等.3D打印技術(shù)及應用趨勢[J].自動化儀表,2014,35(1):1-5.[2]陳浩正.3D造像:前沿技術(shù)引發(fā)無限想象[J].人像攝影,2013,(6):208-212.[3]羅晉,葉春生,黃樹槐.FDM系統(tǒng)重要工藝參數(shù)及其控制技術(shù)研究[J].新技術(shù)新工藝,2005(6):77-80[4]重慶設(shè)計出3D打印并聯(lián)機器人[J].機器人技術(shù)與應用,2013,06:25.[5]黃真．并聯(lián)機器人及其機構(gòu)學理論［Ｊ］．燕山大學學報1998.[6]李紅兵.3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J].安徽省科學技術(shù)情報研究所,2013(9):55-56.[7]汪開勇，劉又午等.熔融沉積制造的熱學模型和工藝控制研究[[J].中國機械工程，1999,10(6):636-638[24]潘東杰，黃列群，沈永華等.快速成型一先進的現(xiàn)代制造技術(shù)明，鑄造技術(shù)，1999,4:37-39[8]方躍法，黃真？蘭階螺旋系主螺旋識別的解析方法化機械工程學報.[9]楊斌.3-RSR并聯(lián)機構(gòu)的精度研究[D].中北大學,2014.[10]ScansEM,HaggertyJS,CimaMJ.ThreeDimensionalPrintingTechnique[P]:USpantent,NO.5204055,1993.[1]李堅，許民，包文慧.影響未來的顛覆性技術(shù)：多元材料混合智造的3D打印.東北林業(yè)大學木材仿生智能科學研究中心，哈爾濱，2015年6月.[2]羅晉，葉春生，黃樹槐.FDM系統(tǒng)重要工藝參數(shù)及其控制技術(shù)研究[J].新技術(shù)新工藝,2005(6):77-80.[3]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)旬刊,2012(9):3-5.[14]Scans.EM.HaggertyJS.Cima.MJ.ThreeDimensionalPrintingechnique[P]:USpantent,NO.5204055,1993.[5]上海大學.朱華.3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史及未來商業(yè)趨勢.2013-10-01.[6]陳立，陳勝遷.3D打印——未來制造業(yè)新模式[J].輕工科技，2013（9）:40-41.[7]汪開勇，劉又午等.熔融沉積制造的熱學模型和工藝控制研究[[J].中國機械工程，1999,10(6):636-638[24]潘東杰，黃列群，沈永華等.快速成型一先進的現(xiàn)代制造技術(shù)明，鑄造技術(shù)，1999,4:37-39.[8]杜宇雷，孫菲菲，原光，翟世先，翟海平.3D打印材料的發(fā)展現(xiàn)狀2014年3月.[9]供稿余冬梅，方奧，張建斌.3D打印材料2014年第5期.[20]孫聚杰.《絲網(wǎng)印刷》2013.（12:34-39）.2、答辯組論證結(jié)論（1）方案可行，技術(shù)路線清晰□（2）方案可行，技術(shù)路線基本清晰□（3）方案基本可行，技術(shù)路線不很清晰□（4）方案和技術(shù)路線不很清晰