進(jìn)入二十一世紀(jì)以來,特別是近十年,3D打印技術(shù)得到了迅猛發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。熔融沉積型3D打印技術(shù)由于其技術(shù)完善,成本較低,逐漸進(jìn)入了大眾的視野。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,人們對工業(yè)產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)了多樣化、個性化的特點。針對用戶私人定制產(chǎn)品的需求越來越大,特別是在康復(fù)醫(yī)療器械的設(shè)計中,比如各種矯形器需要根據(jù)每個人的實際情況單獨設(shè)計制造。在這種背景下,本文將3D打印技術(shù)應(yīng)用到矯形器的數(shù)字化設(shè)計與制造中,降低了矯形器的生產(chǎn)成本,提升了矯形器的質(zhì)量,而且能夠針對個人提出個性化的設(shè)計。由于目前成本較低的普通桌面級的3D打印機成型空間有限,精度較低,無法滿足工業(yè)制造的需求,本文根據(jù)工業(yè)制造的需求設(shè)計了一種能夠滿足脊柱矯形器成型的3D打印機。為了滿足工業(yè)制造對高精度,大尺寸的需求,本文在研究了 FDM式熔融沉積型3D打印機的成型原理和幾種常見的機械結(jié)構(gòu)后,選擇了龍門極坐標(biāo)式的成型結(jié)構(gòu),對3D打印機的各個傳動軸進(jìn)行了三維建模和詳細(xì)設(shè)計,對于跨度較大的橫梁部分進(jìn)行了Ansys仿真,驗證了結(jié)構(gòu)剛度。利用Adams進(jìn)行了動力學(xué)仿真,計算分析了機身模態(tài),驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性。對于3D打印機的系統(tǒng)固件Marlin進(jìn)行... 

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景意義
    1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
    1.3 3D打印與脊柱矯形器
        1.3.1 脊柱側(cè)彎及其矯正
        1.3.2 脊柱矯形器的傳統(tǒng)成型方法
        1.3.3 3D打印在矯形器制造中的應(yīng)用
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
        1.4.1 滿足矯形器成型的3D打印機結(jié)構(gòu)設(shè)計
        1.4.2 雙噴頭打印系統(tǒng)的設(shè)計
        1.4.3 設(shè)計閉環(huán)系統(tǒng)
第二章 總體方案設(shè)計
    2.1 FDM式3D打印機成型的原理及特點
    2.2 3D打印脊柱矯形器流程規(guī)劃
    2.3 3D打印機的成型方式與結(jié)構(gòu)方案的選擇
        2.3.1 極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的選擇
        2.3.2 龍門結(jié)構(gòu)的選擇
    2.4 3D打印機的成型空間的確定
        2.4.1 大尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.4.2 基于人體尺寸百分位數(shù)設(shè)計的成型空間
    2.5 成型平臺與噴頭系統(tǒng)
        2.5.1 成型平臺和驅(qū)動方式
        2.5.2 噴頭系統(tǒng)與擠出機
    2.6 控制系統(tǒng)的選擇方案
    本章小結(jié)
第三章 龍門極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.1 龍門極坐標(biāo)3D打印機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計
        3.1.1 3D打印機旋轉(zhuǎn)平臺的設(shè)計
        3.1.2 3D打印機旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)的設(shè)計
        3.1.3 計算齒輪接觸疲勞應(yīng)力
        3.1.4 齒輪模數(shù)計算
        3.1.5 齒輪幾何尺寸計算
    3.2 3D打印機徑向傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.2.1 徑向傳動機構(gòu)的設(shè)計
        3.2.2 滾珠絲杠的選用
        3.2.3 滾珠絲杠副強度校核
        3.2.4 滾珠絲杠副精度確定
        3.2.5 徑向傳動機構(gòu)步進(jìn)電機選型
    3.3 快速成型機升降傳動機構(gòu)的設(shè)計
        3.3.1 滑動絲杠選型
        3.3.2 滑動絲杠自鎖與強度校核
        3.3.3 螺桿精度的確定
    3.4 雙噴頭設(shè)計
    本章小結(jié)
第四章 3D打印機結(jié)構(gòu)仿真與成型誤差分析
    4.1 關(guān)鍵部件的變形分析
    4.2 徑向機構(gòu)的動力學(xué)仿真
    4.3 模態(tài)分析
        4.3.1 徑向絲杠模態(tài)分析
        4.3.2 整體機身模態(tài)分析
    4.4 3D打印成型誤差組成分析
    本章小結(jié)
第五章 3D打印機固件的修改與研究
    5.1 常用的幾種3D打印機固件
    5.2 開源固件Marlin整體架構(gòu)
    5.3 直角坐標(biāo)Marlin固件的修改
        5.3.1 數(shù)據(jù)來源與處理
        5.3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
        5.3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊編寫
    5.4 Marlin固件速度規(guī)劃
        5.4.1 速度規(guī)劃
        5.4.2 Marlin固件中的預(yù)處理功能
    5.5 配置文件參數(shù)修改
    5.6 雙噴頭成型的速度優(yōu)勢
    本章小結(jié)
第六章 閉環(huán)控制研究與樣機驗證
    6.1 全閉環(huán)與半閉環(huán)控制
        6.1.1 全閉環(huán)控制系統(tǒng)
        6.1.2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)
    6.2 磁編碼器與控制板
        6.2.1 磁敏電阻式編碼器
        6.2.2 磁編碼器
        6.2.3 光電編碼器
    6.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計
        6.3.1 步進(jìn)電機
        6.3.2 Nano Zero控制板與AS5047D磁傳感器
    6.4 磁編碼器安裝與閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試
        6.4.1 Nano zero固件燒錄
        6.4.2 磁編碼器安裝與調(diào)試
    本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄A 龍門極坐標(biāo)3D打印機工程圖
附錄B NANO ZERO控制板原理圖
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國兒童青少年超重、肥胖流行現(xiàn)狀調(diào)查[J]. 陳貽珊,張一民,孔振興,于晶晶,孫婷婷,張瀚月.  中華疾病控制雜志. 2017(09)
[2]淺析3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用及前景展望[J]. 蔣銘杰.  臨床醫(yī)藥文獻(xiàn)電子雜志. 2017(69)
[3]3D打印干細(xì)胞技術(shù)用于組織器官重建的現(xiàn)狀與思考[J]. 李金泰,藍(lán)升,劉毅.  器官移植. 2017(04)
[4]3D打印技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 王文軍,葉青,喬銳.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2017(07)
[5]基于3D打印的定制脊柱側(cè)彎矯形器設(shè)計制造與舒適度評價[J]. 張愛平,劉羲,劉志峰,時政,賀方鑫.  北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2017(04)
[6]3D打印技術(shù)在臨床中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]. 孫小磊,汪纓,張暉,何偉.  中國醫(yī)療設(shè)備. 2017(01)
[7]應(yīng)用旋轉(zhuǎn)磁場編碼器實現(xiàn)角度測量[J]. 楊斌,張團善,王國慶,陳家鑫,何文莉.  西安工程大學(xué)學(xué)報. 2016(06)
[8]3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[J]. 劉中正,梁巖,韓濤,曹志強,柳云恩,童雅蘭,鄭振東,謝曉冬,侯明曉.  解放軍醫(yī)藥雜志. 2016(11)
[9]3D打印技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J]. 楊曉紅.  藝術(shù)科技. 2016(11)
[10]FDM技術(shù)原理特點及成型質(zhì)量分析[J]. 郭宇鵬,李玉新.  科技視界. 2016(26)

博士論文
[1]特發(fā)性脊柱側(cè)凸伴骨盆矢狀位失衡有限元建模及三維矯形生物力學(xué)研究[D]. 林旻中.中南大學(xué) 2013

碩士論文
[1]FDM桌面型3D打印機的整體設(shè)計及成型工藝研究[D]. 郭宇鵬.中北大學(xué) 2017
[2]基于二硼化鎂約瑟夫森結(jié)結(jié)構(gòu)的研究[D]. 王星云.貴州大學(xué) 2016
[3]大型FDM雙噴頭3D打印機設(shè)計及工藝參數(shù)研究[D]. 徐佳.燕山大學(xué) 2016
[4]基于FDM技術(shù)的3D打印路徑規(guī)劃技術(shù)研究[D]. 晁艷艷.長春工業(yè)大學(xué) 2016
[5]熔融沉積3D打印數(shù)據(jù)處理算法與工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 王益康.合肥工業(yè)大學(xué) 2016
[6]基于霍爾原理的絕對式磁編碼器的研究[D]. 李斐然.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[7]3D打印的興起與我國制造業(yè)的發(fā)展研究[D]. 秦芳芳.河南師范大學(xué) 2015
[8]基于FDM工藝的雙噴頭設(shè)備開發(fā)及工藝參數(shù)研究[D]. 李成.南京師范大學(xué) 2014
[9]基于人體測量的吉利轎車座椅尺寸數(shù)據(jù)研究[D]. 趙高林.齊齊哈爾大學(xué) 2012
[10]極坐標(biāo)數(shù)控機床的研究設(shè)計[D]. 李剛.蘭州理工大學(xué) 2011



本文編號：3710407