熔融沉積成型技術(shù)FDM（Fused Deposition Modeling）是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的3D打印技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用在教育、醫(yī)療和新材料制造等領(lǐng)域。但因其成型原理的限制,對某些具有懸臂、中空結(jié)構(gòu)試件以及復(fù)雜自由曲面試件打印時(shí),需要添加支撐結(jié)構(gòu)才能完成成型,不僅浪費(fèi)時(shí)間和材料,還會在拆除支撐后降低打印件表面質(zhì)量。為了克服這些問題,本文基于FDM原理,提出了一種具有五自由度的3D打印裝置,旨在降耗減時(shí)的同時(shí),提升打印試件的表面質(zhì)量。本文對整個(gè)打印裝置進(jìn)行了整體的布局設(shè)計(jì)和試驗(yàn)樣機(jī)搭建;分析了打印裝置各個(gè)系統(tǒng)的功能,并對每個(gè)功能系統(tǒng)進(jìn)行了具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3-P[2-SS]并聯(lián)噴頭機(jī)構(gòu)在X、Y、Z軸三個(gè)方向平動,U-3-PUS并聯(lián)打印平臺機(jī)構(gòu)圍繞X、Y軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動,通過兩組并聯(lián)機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)5個(gè)自由度運(yùn)動,可以在減少支撐結(jié)構(gòu)甚至去除支撐結(jié)構(gòu)情況下,對有懸臂、中空結(jié)構(gòu)的試件以及復(fù)雜自由曲面的試件的打印。本文對并聯(lián)噴頭機(jī)構(gòu)、并聯(lián)打印平臺機(jī)構(gòu)進(jìn)行了自由度分析、運(yùn)動學(xué)正逆解分析,建立了關(guān)于各并聯(lián)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動輸入與輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,為控制程序提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,對U-3-PUS并... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．６模型結(jié)構(gòu)與有限元對應(yīng)點(diǎn)分析＠??ＷｅｉｍｉｎｇＷａｎｇ＾等從節(jié)約打印材料、降低打印成本出發(fā)，提出了一種自動優(yōu)化設(shè)??

?吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文???國??圖１．８?Ｂｏｅｉｎｇ７３７飛行模擬器?圖１．９?ＰＩ公司的微定位器Ｍ－８５０??Ｄｅｌｔａ機(jī)器人則最早出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)８０年代，發(fā)明人為Ｒｅｙｍｏｎｄ?Ｃｌａｖｅｌ，初衷是??對質(zhì)量孝體積小的物體進(jìn)行高效率抓取，為典型的空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，動靜平臺??均呈三角形，如圖１．９［３３］。１９９９年，ＡＢＢ開始銷售Ｄｅｌｔａ機(jī)器人。直到其專利在２０１２??年解禁后，國內(nèi)的機(jī)器人企業(yè)才開始生產(chǎn)并銷售Ｄｅｌｔａ機(jī)器人。??國內(nèi)對于Ｄｅｌｔａ機(jī)構(gòu)的研宄也一直在進(jìn)行，東北大學(xué)的王耿華將Ｄｅｌｔａ機(jī)構(gòu)可靠??性作為研宄對象，將機(jī)構(gòu)的彈性變形、質(zhì)量等動力學(xué)因素考慮進(jìn)來，建立了?Ｄｅｌｔａ型并??聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛?cè)峄旌夏Ｐ�，運(yùn)用ＡＮＳＹＳ和ＡＤＡＭＳ聯(lián)合仿真的方法對模型可靠性進(jìn)行??分析。東北大學(xué)的許敏［３５］對〇６池機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，對新結(jié)構(gòu)工作空間、奇異性等進(jìn)行??分析，并提出了一種適用于改進(jìn)的Ｄｅｌｔａ并聯(lián)機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的方法，，結(jié)合遺傳算法（ＧＡ），??參數(shù)化模型可以對結(jié)構(gòu)變量的變化做出直接的自動響應(yīng)。??１．４本文的研究內(nèi)容??本文基于熔融沉積成型原理設(shè)計(jì)了具有雙并聯(lián)結(jié)構(gòu)的五自由度３Ｄ打印裝置，??通過引入Ｕ－３－ＰＵＳ?（Ｕ為虎克鉸，Ｐ為移動副，Ｓ為球面副）并聯(lián)打印平臺，拓展了打??印裝置的自由度，實(shí)現(xiàn)了對某些具有中空結(jié)構(gòu)或者懸臂結(jié)構(gòu)試件減少甚至去除支撐結(jié)??構(gòu)的打櫻具體的研宄工作如下：??（１）既簡要概括了?３Ｄ打印技術(shù)的歷史由來、原理、意義及具有的獨(dú)特優(yōu)勢，又??突出說明了當(dāng)前ＦＤＭ?３Ｄ打印支撐技術(shù)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)國內(nèi)外研宄現(xiàn)狀。??（２）對具有雙并聯(lián)結(jié)構(gòu)的五自由度３Ｄ打印裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析；

動打印平臺的五自由度３Ｄ打印裝??置的設(shè)計(jì)和搭建工作，包括３－Ｐ［２－ＳＳ］（移動副Ｐ，球面副Ｓ）噴頭并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊、Ｕ－３－ＰＵＳ??（虎克鉸Ｕ）打印平臺并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊、輔助加熱系統(tǒng)模塊、硬件控制系統(tǒng)模塊等的設(shè)計(jì)??與搭建，并對結(jié)構(gòu)可行性進(jìn)行分析，為后續(xù)的去支撐打印試驗(yàn)提供硬件保證和依據(jù)。??２．１打印裝置的總體設(shè)計(jì)??耗材卜??「明??？材供給?｜顯示與人ｗＴ??Ｉ??￣￣?噴頭并聯(lián)機(jī)構(gòu)?５Ａｒｄｕｉｎｏ控制??……ｑ加熱釀??ｍｍ％????打印平臺并聯(lián)機(jī)構(gòu)??圖２．１五自由度３Ｄ打印裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖??如圖２．１所示為五自由度３Ｄ打印裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖，該打印裝置主要包括噴??頭并聯(lián)機(jī)構(gòu)、打印平臺并聯(lián)機(jī)構(gòu)、耗材供給模塊、控制模塊、加熱模塊、顯示與人機(jī)交??互模塊和鋁型材基架�？梢苿訃婎^由３－Ｐ［２－ＳＳ］并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，三棱柱形狀基架的三條??長邊上半部分滑車共同運(yùn)動，使噴頭可實(shí)現(xiàn)Ｘ、Ｙ、Ｚ三軸平動；打印平臺并聯(lián)機(jī)構(gòu)由??Ｕ－３－ＰＵＳ并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，三棱柱形狀基架的三條長邊下半部分滑車共同運(yùn)動，使打印??平臺可實(shí)現(xiàn)圍繞Ｘ、Ｙ軸轉(zhuǎn)動，這樣打印噴頭和打印平臺均為可動，使打印機(jī)具備５個(gè)??自由度，在成型過程通過平臺側(cè)傾平衡重力實(shí)現(xiàn)減少支撐的目的。耗材供給模塊的主??要組成為步進(jìn)電機(jī)，通過兩個(gè)摩擦輪之間的摩擦力對絲狀的打印耗材進(jìn)行供給，將耗??材輸送至可移動噴頭；控制模塊由ＡｒｄｕｉｎｏＭｅｇａ２５６０控制板組成，控制模塊既是運(yùn)動??控制中心，同時(shí)也是溫度控制中心：在實(shí)現(xiàn)對噴頭及打印平臺的運(yùn)動控制同時(shí)，對加熱??模塊的溫度進(jìn)行控制。加熱模塊分為兩部分：一部分位于噴頭處，對絲狀耗材進(jìn)行加熱??至熔融狀態(tài)

【參考文獻(xiàn)】：
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[8]彩色三維打印成型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)[D]. 馮凡彬.華中科技大學(xué) 2015
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[10]改進(jìn)的Delta型并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動性能研究[D]. 許敏.東北大學(xué) 2008



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