3d打印机自动控制元件及线路_精品.doc

Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 课程名称： 自动控制元件及线路 设计题目： 3D打印机 院 系： 航天学院 班 级： 1004105 设 计 者： 指导教师： 设计时间： 2012年11、12月 哈尔滨工业大学 目录 一、背景简介 3 二、工艺确定 4 三、控制器选择 7 四、机械结构 8 4.1传动方式的选择 8 4.2转动惯量的计算 9 4.3喷头选择 11 五、电机的选择 12 5.1伺服电机和步进电机对比 12 5.2直流交流伺服电机对比 14 5.3负载转矩计算 14 5.4打印速度的初步估计 15 5.5所选电机的型号和具体参数 17 六、驱动器 19 6.1功放部分 19 6.2SVPWM介绍 20 七、传感器 22 7.1温度传感器对比 22 7.2机械位置传感器 24 7.3压力传感器 26 系统的整体评价及感悟 27 参考文献 28 摘要 基于3D打印技术，我们计划做一个办公用的简易的彩色打印机，目标是：它打印出一些结构比较精细的手工设计样品，科研样品。 我们采取以下步骤进行展开：对整个打印过程有了比较好的把握后，首先，通过比较分析，选取合适的快速成型技术——3DP打印技术；接着确定我们的传动机构，以保证系统机械性能可行；下一步，选取恰当的电机种类——交流伺服电动机作为传动的能量来源。 接着，选取适合的设计参数（包括传动和打印效果等方面），进一步选取电机型号，以满足打印速度、打印分辨率、传动转矩与功率要求。然后对系统的控制分析，采用PD以及PID反馈，来确保控制精度。我们对传感器经行分析选取，并选择合适的控制器——DSP，基本完成方案，最后估计成本，并对比市场成品，反思总结。 关键词：3D打印机 交流伺服电动机 热敏传感器 一、背景简介 3D打印技术又叫“快速成形技术”，简称RPM技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。它的基本原理是分层制造，逐层叠加， 类似数学上的积分过程。形象讲，快速成形系统就像是一台立体打印机。 RPM技术集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件。它的经济效益显著，可以提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小，异形的产品尤其适用。 3D打印机技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，同样，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用 3D打印机技术，使得 3D打印机技术有着广阔的前景。 设计指标与要求 我们的设备主要用于办公环境，对照市场上的成品，其目标技术参数是：喷头两个，打印速度为：彩色2层/分；打印材料包括：高分子聚合物、金属、陶瓷、覆膜砂、生物活性材料等粉末材料及其中2种或2种以上的复合粉；输入输出格式：包括ＳＴＬ、ＺＣＰ、ＩＧＳ等；成型厚度：0.005~0.05mm；成型尺寸为各边长350mm到400mm的长方体；机械精度：0.005；电源：２２０Ｖ；操作系统：ｗｉｎ７、ＸＰ、２００３等。 二、工艺确定 确定打印技术 方法 优点 缺点 主要用途 SLA 光固化成型法 最早的快速成型工艺，成熟度高；成型速度快，精度高 树脂固化收缩，产生应力或引起形变；SLA系统成本高，环境要求苛刻 传统手段难于成型的原型和模具；成型件多为树脂类 SLS 选择性激光烧结法 成型材料非常广泛，无需复杂的支撑系统；制造工艺简单，柔性度高 激光系统昂贵 尤其适合硬质合金材料微型元件成型 LOM 分层实体制造法 工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高 前后处理费时费力，不适合中空结构构件 快速制造新产品样件，模型，或是铸用木模 FDM 熔积成型法 污染小，材料可回收 对温度要求比较苛刻 塑料件，铸造用蜡模，样件或模型，适合中、小型成型 3DP 3维喷射粘结法 设备和材料便宜，运行成本低，操作简单，成形无污染，适合办公环境，打印速度快 我们打算设计一个办公用的3D打印机，并且考虑到激光烧结的激光系统过于昂贵，熔融沉积法对温度要求苛刻，最终确定3DP打印方案。以下是3DP打印的原理图： 3DP具体工作过程如下： 采集粉末原料 将粉末铺平到打印区域 打印机喷头在模型横截面定位，喷粘结剂； 送粉活塞上升一层，实体模型下降一层以继续打印 重复上述过程直至模型打印完毕 去除多余粉末，固化模型，进行后处