机械工程学院毕业设计
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日期：2016年5月28日
目录
绪论 (2)
1 3D打印机机型设计要求 (5)
汽车保险杠2 3D打印机设计 (6)
2.1Delta 型打印机工作原理 (6)
2.2确认3D打印机整体尺寸 (7)
2.3Rostock运动机构设计 (8)
2.3.1确定连杆长度最值 (8)
2.3.2连杆的强度校核 (9)
2.4传动方案设计 (9)
2.5挤出机构设计 (10)
2.5.1挤出机装置选择 (10)
2.5.2挤出喷头选择 (11)
2.6电机的选择 (12)
2.7传感器的选择 (13)
2.7.1温度传感器 (13)
2.7.2机械位置传感器 (14)
3 运动学仿真 (14)
3.1Delta 型3D打印机结构设计的相关技术指标 (14)
3.2三维模型预处理 (15)
3.3 数学建模 (17)
3.4 打印机工作空间的验证 (18)
4 制作保险杠三维图 (18)
4.1 制作三维图 (18)
4.2 转换成stl格式 (19)
5 打印保险杠成品 (19)
5.1将文件进行切片处理 (19)
5.2修改切片参数 (20)
5.3 生成GCODE文件 (21)
5.4 打印过程检查 (23)
5.5 打印完后处理 (23)
总结： (24)
参考文献 (24)
英文翻译 (24)
附图 (25)
基于3d打印技术的汽车前保险杠成型工艺开发摘要：20世纪80年代，3d打印技术得到快速的发展，对传统行业产生了冲击性影响。本文即是基于3d打印技术应用于汽车零部件上，对汽车前保险杠的成型工艺进行研究。利用碳纤维的材料特性，对汽车保险杠的结构进行优化设计，为以后的汽车零部件的快速生产及生产验证提供可能性。同时利用catia软件对汽车前保险杠进行了造型设计。
关键词：3d打印技术汽车保险杠碳纤维
绪论
快速成形技术或快速原型技术简称3D打印技术（3D printing），又称三维打印技术，通过计算机辅助软件（CAD、PRO/E等）或者计算机动画软件（3Dmax、犀牛等）建立3维模型，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来实现3D实体成型。3D打印技术最突出的优点是不需要机械加工或模具，就能直接从计算机数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的研制时间，提高生产率和降低生产成本。3D打印技术已经广泛应用于航天、航海、国防、医疗、建筑等各个领域
一3D打印技术原理
3D打印技术目前可分为四类：熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling,FDM）、光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）、三维粉末粘接（3DP）、选择性激光烧结（Selecting Laser Sintering,SLS）。四类打印技术的详细介绍如下
1.1熔融沉积快速成型
在3D打印技术中，FDM机的使用是最常用的，机械结构也是最简单，设计是最容易的，制造成本和材料成本同样也是最低的，FDM技术的优点于成本廉价，制造简单，缺点是打印的材料的局限性较多，同时
由于出料结构比较简单，难以精确控制出料形态与成型效果，由于温度对于FDM成型效果影响同样也非常大，在桌面级FDM3D打印机通常都会缺乏恒温设备，因此基于FDM的3D打印机的成品精度通常为0.2mm-0.3mm，少数高端机型能够支持0.1mm层厚，但由于受温度影响非常大，成品效果还是不够稳定。FDM机示意图如下
图0.1 FDM结构示意图
1.2光固化成型
光固化技术是在3D打印技术中最先发展起来的一种快速成型制造工艺，同样也是目前研究的最透彻、生产制造技术最成熟的、应用也为最广泛的快速成型技术之一。光固化技术，主要使用各种光敏树脂为材料，通过紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐层实现光固化，最终得到完整的产品。光固化成型示意图如下
图0.2光固化成型示意图
1.3粉末粘接技术
三维粉末粘接的原料采用的是各种粉末材料，比如塑料粉末、陶瓷粉末、金属粉末等粉末类原料，粉末粘接技术工作原理是，先在底部平台上铺一层粉末，然后通过喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域中，让材料粉末自行粘接，形成零件截面，然后在截面平台上不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，一层一层叠加，获得最终打印出来的零件
图0.3 3DP工艺原理
1.4选择性激光烧结
SLS的原理是利用粉末材料在激光照射下烧结，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上扫描，与3DP不同的是，它首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升到熔化点，然后烧结形成粘接物，最后进行层层截面的烧结，，直至完成整个模型成型。
图0.4 SLS原理示意图
二.碳纤维材料成型
碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁的，而且兼具耐腐蚀、高模量的特性，在国防和民用方面都是非常重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等
图0.5 奥迪A6全新碳纤维改造
在3d打印技术中，材料的选择对成型工艺技术产生了至关重要的作用。市场上流通的常见碳纤维分为两类，一类是纯碳纤维，此类材料打印出来的成品优点是具有高强度性，抗腐蚀性等一些碳纤维材料的专属特性，缺点是成型工艺难度较高，对温度及喷嘴的要求极高。第二类即是20%的碳纤维材料，这种材料打印出来的成品优点是成型工艺的条件没有那么苛刻，缺点是成品的性能上与纯正的碳纤维还是具有一定的差距。
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