開題報(bào)告-并聯(lián)3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制

并聯(lián)3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制開題報(bào)告１、課題論證1.1課題研究的目的與意義眾所周知，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，一個(gè)國(guó)家的進(jìn)步與發(fā)展靠的是先進(jìn)的科學(xué)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(wú)法加工的復(fù)雜零件的問(wèn)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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是在注重經(jīng)濟(jì)環(huán)保當(dāng)下，深受制造行業(yè)的重視。英國(guó)的著名雜志《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志指出，3D打印將推動(dòng)第三次工業(yè)革命。《金融時(shí)報(bào)》也稱3D打印機(jī)將像蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、計(jì)算機(jī)一樣開創(chuàng)一個(gè)嶄新的工業(yè)時(shí)代。為了抓住這次機(jī)遇推動(dòng)我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)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(lái)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(jì)設(shè)計(jì)完成一臺(tái)并聯(lián)3D打印機(jī)，了解打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu),控制功能。1.2文獻(xiàn)綜述（相關(guān)課題國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀）1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀：在1892年地質(zhì)學(xué)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(dāng)時(shí)的制造水平還很落后,該想法只作為一個(gè)概念模型存在,隨著社會(huì)的進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,直到19世紀(jì)80年代CharlesW.Hull在美國(guó)UVP公司的支持下，設(shè)計(jì)并完成了第一臺(tái)能實(shí)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(jìn)步。美國(guó)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(guò)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(shí)體模型并推出的首臺(tái)商用“液態(tài)光敏樹脂選擇性固化成型機(jī)”（SLA-250），標(biāo)志著3D打印技術(shù)的誕生。1992年美國(guó)麻省理工學(xué)院的SachesE.M.和CimaM.J.等首次對(duì)3D打印技術(shù)做出了概念性的描述。麻省理工大學(xué)在1993年獲得三維印刷技術(shù)(3DP)專利。3D打印機(jī)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(chǎng)的廣泛認(rèn)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(guó)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(chǎng)。2005年，ZCroporation公司生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)高精度彩色3D打印機(jī)SpectrumZ510，同年，英國(guó)巴恩大學(xué)的ArianBowyer發(fā)起開源3D打印機(jī)項(xiàng)目RepRap，從此桌面3D打印機(jī)進(jìn)入DIY時(shí)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(jī)。2011年美國(guó)宣布一項(xiàng)新政策，向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元來(lái)提升美國(guó)在制造行業(yè)的領(lǐng)先地位。奧巴馬說(shuō)他希望3D打印技術(shù)能夠成為重新振興美國(guó)制造業(yè)的一條捷徑。2012年，《TheEconomist》指出3D打印技術(shù)將帶動(dòng)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(xué)》最值得銘記、對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生影響最為深遠(yuǎn)的十大新聞中排名第九。在此基礎(chǔ)上各國(guó)也加大了對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)的支持力度,在2012美國(guó)年就成立了“國(guó)家增材制造中心”，重點(diǎn)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(gè)3D打印項(xiàng)目。2014年11月，韓國(guó)發(fā)布了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)10年的3D打印戰(zhàn)略規(guī)劃，以推動(dòng)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(guó)家均在3D打印研發(fā)上投入了大量資金?，F(xiàn)如今越來(lái)越多的國(guó)家注重發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，這也說(shuō)明3D打印產(chǎn)業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)，國(guó)家發(fā)展過(guò)程中重要的地位。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀:在國(guó)內(nèi)3D技術(shù)的發(fā)展起步較晚,但是在政府部門和國(guó)內(nèi)高校的大力支持下,許多發(fā)達(dá)的城市都建立了3D打印的服務(wù)機(jī)構(gòu)和3D打印的研究場(chǎng)所。這使得我國(guó)的3D打印技術(shù)得到了快速的發(fā)展，很快與國(guó)際社會(huì)接軌。以聚乳酸（PolylacitcAcid）作為3D打印材料的3D打印設(shè)備在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)，像3D打印Delta機(jī)器人，打印的一般產(chǎn)品能滿足我們的需要。2010年經(jīng)過(guò)十幾年的努力，華中科技大學(xué)成功研制的工業(yè)級(jí)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(guò)了國(guó)外3D打印公司的同類產(chǎn)品。這是當(dāng)時(shí)世界上最大成型空間的快速制造裝備。西安交通大學(xué)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(dá)到0.2mm。中國(guó)科技大學(xué)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(yīng)用前景。雖然我國(guó)生產(chǎn)的3D打印機(jī)裝備的功能已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平，但是一些打印機(jī)的關(guān)鍵部件仍需要從國(guó)外進(jìn)口，此外我國(guó)的材料品種也遠(yuǎn)沒有國(guó)外豐富，許多研發(fā)材料都需要從國(guó)外進(jìn)口，從而也導(dǎo)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(guó)支持3D打印產(chǎn)業(yè)的決心沒有改變，特別是近年來(lái)，2013年3D打印產(chǎn)業(yè)入選了《國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家科技支撐計(jì)劃制造領(lǐng)域、2014年度備選項(xiàng)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(diǎn)裝備產(chǎn)品，并在相關(guān)領(lǐng)域開展驗(yàn)證，初步具備開展全面推廣應(yīng)用的技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)化條件。2015年，《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016年)》以及《中國(guó)制造2025》相繼出臺(tái)，表明了我國(guó)對(duì)3D打印支持的力度與決心。雖然我國(guó)在3D打印領(lǐng)域還有很長(zhǎng)的路要走，但同時(shí)也說(shuō)明了我國(guó)在該項(xiàng)領(lǐng)域的發(fā)展空間巨大。1.2.3并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀并聯(lián)機(jī)構(gòu)（Parallelmechanism）是一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其動(dòng)平臺(tái)或稱末端執(zhí)行器通過(guò)至少２個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)架相聯(lián)接。早在1965年德國(guó)Stewart發(fā)明了六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，用于制作飛行模擬器來(lái)訓(xùn)練飛行員。澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hun在1978年提出Stewart機(jī)構(gòu)接近人體結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)用于機(jī)器人手臂。加拿大著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合，運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，奇異性分析等建立了完整的理論體系。國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)學(xué)專家Fang和Huang等提出了螺旋理論并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合方法。隨后的發(fā)展過(guò)程中，石明提出了3-P-(2SS)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的平臺(tái)是采用3個(gè)非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)方式分布，有較大的工作空間。李江濱對(duì)基于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提出在通過(guò)對(duì)3D打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差標(biāo)定來(lái)提高打印機(jī)的打印精度。還有不少學(xué)者在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用上做出了很大的貢獻(xiàn)，提出許多不同的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)進(jìn)行了大量的分析研究工作，都是可以較好的應(yīng)用在熔融沉積制造的3D打印技術(shù)上。并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在近年來(lái)發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于，工業(yè)機(jī)器人，3D打印等各項(xiàng)領(lǐng)域。1.3課題研究的內(nèi)容、總體方案及技術(shù)路線、進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)，由于自身的先天條件不足。不能更好的適應(yīng)市場(chǎng)高速度，高精度的需求。并聯(lián)3D打印機(jī)因其具有承載能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)性能好、運(yùn)動(dòng)精度高、多功能靈活性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是應(yīng)用專業(yè)知識(shí)完成一臺(tái)并聯(lián)3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，完成設(shè)備總體方案的設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件強(qiáng)度校核計(jì)算、繪制并聯(lián)3D打印機(jī)的工程圖、電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編寫控制程序、繪制控制電路圖、查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)、從而達(dá)到鞏固綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，掌握正確的設(shè)計(jì)思想與方法目的。1.3.2設(shè)計(jì)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(jì)圖紙數(shù)量不少于3張A0圖紙；設(shè)計(jì)說(shuō)明書不少于1.5萬(wàn)字，正文頁(yè)數(shù)不少于30頁(yè)；譯文與開題報(bào)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(guó)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(dòng)裝置。第三章：機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，電機(jī)的選型與計(jì)算、驅(qū)動(dòng)器的選型與計(jì)算、完成同步帶、連桿設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)，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(xiàn)，致謝。1.3.4進(jìn)度安排及設(shè)計(jì)線路時(shí)間設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，做好前期準(zhǔn)備工作。第2周撰寫開題報(bào)告和外文翻譯，準(zhǔn)備開題報(bào)告答辯PPT。第3-4周總體方案的設(shè)計(jì),機(jī)械部分與控制部分選型設(shè)計(jì)第5-6周電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的選型計(jì)算，編寫電機(jī)控制程序，繪制電路圖第7周完成3D打印機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)工作第8-9周機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，完成關(guān)鍵零部件的選型與校核第10-11周完成機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，畫工程圖，零件圖第13周整理編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，交指導(dǎo)老師審定，制作答辯提綱，設(shè)計(jì)定稿，打印，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。第14周進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。1.3.5注意存在的問(wèn)題設(shè)計(jì)方案,進(jìn)度安排要詳細(xì)具體。論文格式，參考文獻(xiàn)要規(guī)范。論文內(nèi)容要充實(shí)詳細(xì)。繪制圖紙時(shí)要規(guī)范，應(yīng)有標(biāo)題欄，標(biāo)注要詳細(xì)。按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，獨(dú)立認(rèn)真完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。1.4參考文獻(xiàn)[1]李小麗,馬劍雄,李萍,等.3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)[J].自動(dòng)化儀表,2014,35(1):1-5.[2]陳浩正.3D造像:前沿技術(shù)引發(fā)無(wú)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(jì)出3D打印并聯(lián)機(jī)器人[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2013,06:25.[5]黃真．并聯(lián)機(jī)器人及其機(jī)構(gòu)學(xué)理論［Ｊ］．燕山大學(xué)學(xué)報(bào)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(xué)技術(shù)情報(bào)研究所,2013(9):55-56.[7]汪開勇，劉又午等.熔融沉積制造的熱學(xué)模型和工藝控制研究[[J].中國(guó)機(jī)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(jìn)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(shí)別的解析方法化機(jī)械工程學(xué)報(bào).[9]楊斌.3-RSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精度研究[D].中北大學(xué),2014.[10]ScansEM,HaggertyJS,CimaMJ.ThreeDimensionalPrintingTechnique[P]:USpantent,NO.5204055,1993.[1]李堅(jiān)，許民，包文慧.影響未來(lái)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(xué)木材仿生智能科學(xué)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(guó)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(xué).朱華.3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史及未來(lái)商業(yè)趨勢(shì).2013-10-01.[6]陳立，陳勝遷.3D打印——未來(lái)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(xué)模型和工藝控制研究[[J].中國(guó)機(jī)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(jìn)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