Kossel-3D打印机组装说明.docVIP

基于并联机构的FDM三维打印机设计 FDM三维打印机的原理 三维打印技术：首先利用三维设计软件对零件进行三维CAD实体建模，并将得到的三维实体模型以一定的厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信息，利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。分层的厚度可以相等，也可以不等。分层越薄，生成的零件精度越高。FDM熔融层积成型技术是目前常用的3D打印技术之一。 基于FDM三维打印机的工作原理如图2-1所示。计算机控制快速成型机的加热喷头，依据每一层截面数据作x-y 平面运动。送丝机构将丝材送至喷头，经过加热、熔化，从喷头挤出的打印材料粘结到工作台面，然后快速冷却并凝固。每当其中一层截面打印完成后，工作台将下降前一次打印完成的高度，然后继续下一层的打印。如此循环重复，直到整个实体的造型完成。 图2-1 FDM三维打印机工作原理图 基于并联机构的FDM三维打印机的系统组成 根据FDM三维打印机的工作原理可知，这种三维打印设备涉及到机械、电气、控制、信息和材料等多个学科，是一种典型的多学科交叉和综合应用的复杂机械电子系统。本文设计的三维打印机的系统主要由软件控制系统、机械系统和硬件控制系统组成。 机械系统 FDM机械系统主要包括运动机构、热头、挤出机构、工作台四个部分(如图2-2所示)。送丝机构将低熔点丝状材料送给加热器，加热器通过挤压热头将丝材熔化成液体，喷头将熔化后的热塑材料丝挤出，挤压头按照零件的每一截面信息准确运动，半流动的热塑材料被挤出并沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并在1/10s内迅速凝固，每当一层完成成型，工作台便下降上一层打印的高度，喷头再进行扫描喷丝完成下一层截面成型，如此循环反复，直到完成最后一层成型，这样由底到顶逐层地堆积成一个实体模型或零件。 图2-2 FDM机械系统 (1)基于Delta结构的运动系统部分 本文设计的三维打印机框架结构是一种基于3-P[2-SS]的Delta运动结构。3-P[2-SS]并联机构的机械结构如图2-3所示，整个机械固定框架为静平台，静平台与动平台分别由三个相同的分支相连。每个分支由一个移动副和四个球副构成，在每个分支中与球副相连的四根杆构成一个平行四边形。动平台是一个正六边形，如图2-4所示，动平台的运动是由步进电机带动直线滑轨上的滑块完成的。 3D打印机的性能主要由机构的工作空间决定，并联机构的工作空间又可以分为位置工作空间和姿态工作空间。本文中所采用3-P[2-SS]并联机构只有3个移动自由度，因而只具有位置工作空间。这里采用masory等的方法对工作空间进行分析。下面对约束条件分别进行介绍。 球副的转角范围约束 3-P[2-SS]并联机构的每个分支中有4个球副，由于平行四边形的几何特点，4个球副的转角相同，此机构球铰的最大转角位。构成机构运动副的球铰由最大许可转角限制，如图2-5所示为普通球铰的结构简图。 图2-3 3-P[2-SS]并联机构结构图 图 2-4 3-P[2-SS]并联机构动平台 如图2-6所示为关节(运动副)的转角约束的示意图。若分支向量在定坐标系中的表示为，球副Bi轴线方向为上斜台斜面方向向量，在斜面动坐标系中的姿态向量用表示，由动坐标系向地面坐标系的转换矩阵为，则球副Bi的转角约束的数学表达式为： 图 2-5 球铰结构简图 图 2-6 机构中的运动副简图 移动副的运动范围限制 移动副只能在导轨上运动，因此移动副的距离约束的数学表达式为： 其中，分别为移动副最小和最大移动距离，单位为毫米。 连杆方向的约束 当移动副移动到某一位置时，连杆的方向向量不能与静平台平行，否则，将会失去对机构的控制。 实际机构的限制 由于移动副的滑轨的存在，使动平台不能与滑轨相干涉。 由于并联机构的特殊性，即正解困难反解容易，因此多采用数值法通过反解模型来求解工作空间。数值法就是基于影响工作空间的各种因素，采用计算机有哪些信誉好的足球投注网站的方法求解。运用反解模型有哪些信誉好的足球投注网站工作空间[34]，方法容易且结果唯一，适合计算机运算。因此本文采用反解模型求解3-P[2-SS]并联机构样机的工作空间。 3-P[2-SS]并联机构工作空间边界的有哪些信誉好的足球投注网站流程，如图2-7所示。 图2-7 有哪些信誉好的足球投注网站工作空间流程图 根据以上分析，利用Matlab编程有哪些信誉好的足球投注网站机构工作空间。工作空间的有哪些信誉好的足球投注网站结果如图2-8所示。 3-P[2-SS]并联机构作为3D打印机的有效工作空间为一个圆锥体和一个圆柱体组成，圆柱半径与圆锥体最大半径均为50mm，圆柱的高为400mm，圆锥体的高为50mm。保证了3D打印机在有效工作空间内的平稳运行，满足设计要求。 图2-8 有效工作空间的三维图 （2）热头部分 本文所用的热头是采用英国