复合材料D打印机的结构设计
目录
第一章绪论 1
1.1设计背景 1
1.2设计内容 1
1.33D打印机综述 错误!未定义书签。
第二章动力系统设计 1
2.1X轴、Y轴电动机的选择 1
2.2Z轴、螺杆电机的选择 2
第三章传动系统设计 4
3.1X-Y平台设计 4
3.1.1X轴、Y轴设计 5
3.1.2X-Y移动引导轴设计 5
3.1.3底板设计 6
3.1.4移动框架设计 6
3.1.5滑块设计 7
3.2Z轴零部件设计 7
3.2.1滚珠丝杠机构端部支撑设计 7
3.2.2联轴器设计 8
3.2.3滚珠丝杠设计 8
3.2.4滚珠螺母设计 9
第四章螺杆系统设计 10
4.1螺杆设计 10
4.1.1挤出成型原理 10
4.1.2螺杆设计 10
4.2机筒设计 15
4.2.1机筒简述 16
4.2.2机筒设计 16
4.3漏斗设计 17
4.4加热块设计 17
4.5喷嘴及其组件设计 18
4.5.1喷嘴设计 18
4.5.2喷嘴适配器设计 18
第五章零件校核 19
5.1轴类零件 19
5.1.1X轴、Y轴 19
5.1.2滚珠丝杠 19
5.2滚珠螺母 25
第六章工艺分析 25
6.1主要零部件加工工艺 25
6.2经济性分析 26
致谢 错误!未定义书签。
参考文献 26
1
第一章绪论
1.1设计背景
1.2设计内容
此次设计任务是设计一台以液晶聚合物为主要材料的双螺杆挤出式复合材料打印头3D打印机。此3D打印机应用FDM原理，使用双螺杆结构。在操作者放加入热塑性聚合物颗粒后，经由双螺杆挤出，送往喷嘴处开始3D打印。
此次设计需要使用到我在大学四年里学习的所有相关知识。并查询学习相关论文，只有这样才可以设计出一台原理可行也同样具有实际使用价值的产品。在设计工作开展前期，我需要对于行业有充分的了解与掌握，同时还要翻阅查询学习大量的资料文献，以及找出一些存在的问题，对症下药，重点解决重点问题。综合运用大学生涯所学知识，最后完成一份详细的设计说明书。
第二章动力系统设计
要设计一台3D打印机，X轴、Y轴、Z轴的运动是重中之重。需要通过指令实现三轴联动，打印精度在很大程度上受到三根轴的运动精度所影响，我们需要准确地控制三轴的运动。此次所设计的3D打印机由Z轴来承担主要负
载，因此对于Z轴的精度要求也相当的高，综合考虑后选择电动机带动滚珠丝杠从而实现运动。对于X轴和Y轴而言，需要快速的运动，所以在选择电动机式考虑使用带动光轴的形式。相比于普通电动机，步进式电动机可以实现开环控制，控制精确度更高，3D打印过程需要在短距离内频繁往复运动，所以选择步进式电动机来带动Z轴的丝杠螺母以及螺杆轴的运动。因为直线式电动机无需连接减速器、同步带、滑轮等传动机构便可直接输出直线运动，降低了机器的整体尺寸，所以X轴、Y轴则可以选择使用直线电动机。
2.1X轴、Y轴电动机的选择
因为X、Y方向相对称，所以二者可以选择相同参数的电动机，下面便以X轴为例，通过具体计算来选择电动机，Y轴所连接的电动机与之一致便不展
2
开具体阐述。关于直线电机的选型主要取决于两个因素：峰值推力和连续推
力，因为相关计算十分复杂，而且X轴和Y轴运动所需负载不是很大，便可以采用类比法来选择电机。翻阅相关的产品及其参数说明，发现了一款较为符合要求的直线式电机，那就是KOLLMORGEN公司的KBM系列无框直驱电机。
下文简单介绍这款电机。这款电机的特点是直接驱动技术，有多种规格与转
矩，可以同时满足高性能、长寿命、易安装的要求。KBM系列无框直驱电机选配了封闭式数字霍尔效应传感器，经过预先调整后安装有增长的轴向转子，这样的优点是有利于适当的出发，不同的绝缘选择可以实现在广泛的线路输入电压下工作。
KBM(S)机框尺寸
外径
通空直径
连续失速转矩
峰值失速转矩
额定输出功率
KBM(S-10
59.96mm
(2.95in)
16.01mm
(.63in)
49-1.45Nm
1.17-4.91Nm
0.9-3.0KW
KBM(S)-14
74.96mm
(2.95in)
20.01mm
(.79i