摘 要

Abstract 4

第一章 绪论 5

1.1 3D printing技术的研究情况 5

1.1.1简述3D printing技术在传动机构中的使用 5

1.1.2 3D打印的基本途径 7

1.2 本文主要的研究内容 8

第二章3D printing基本原理 9

2.1 引言 9

2.2 三维模型切片原理 9

2.3 FDM的打印原理 19

2.4 SLA打印原理 24

2.5本章小结 28

第三章打印对比分析 29

3.1 引言 29

3.2 FDM印刷过程 29

3.3 SLA打印过程 34

3.4 打印分析 38

3.4.1模型精度和表面质量 38

3.4.2经济性分析 39

3.5 本章小结 41

第四章总结与展望 42

致谢 44

摘要

3D PRINTING打印为一种快速成型技术,就是通过打印机读取模型数据,利用金属粉末或塑料逐层粘接来塑造三维物体的一种打印技术。限于时间和价格成本因素，3Dprinting 比较适合用来制造小规模产品，特别是某些定制的产品。因此3Dprinting技术印刷出来的模型产品具有良好的便捷性，例如在实验过程中设计出一个模型，即刻就可以在软件中生成模型并且迅速打印出来。由于金属粉末价格昂贵,所以目前印刷的主要材料是塑料, 3Dprinting技术已经进入了大多数行业，例如珠宝、医疗等行业,未来3Dprinting技术的实际应用范围也会不断扩大。

本论文的探讨方向是在PRO/E软件中进行典型的机械传动机构模型的设计，然后使用3Dprinting技术对设计完的模型进行实体制作。3D打印机印刷出来的模型精度不是很高，因此应该先对实际中使用的结构复杂的工业模型进行简化处理，简化后的典型机械传动机构模型更加有利于后期的打印制作；其次，对简化后的模型进行三维建模，此课题使用的三维建模软件是Pro/E，然后将设计完稿的模型文件以STL的形式导入到3D START软件中并生成GSD文件，接着SD卡复制到打印机上进行打印，最后打印出所有的模型设计部件。

关键字: Pro/Engor 3D打印

Abstract

3D printing technology is a rapid prototyping technology. It is a technology based on digital file model, which uses layers of printing materials such as powder metal or plastic to print objects. 3D printing is suitable for small scale manufacturing, especially for high-end customized products, such as automobile manufacturing. Effective components. Although the main material of printing is plastic, metal will be applied in the future 3D printing. 3D printing has developed rapidly in recent years, and has entered the dental, jewelry and medical industries. It will be more widely used in other industries in the future.

In this research, bench vice is modeled by the software PRO/E and printed in 3D printer. Firstly, complex worm turntable should be simplified in order for ease of modeling and printing. The simplified bench vicehave two worm wheels, two worm gears, the pedestal, some shaft sleeves and the back shaft. Secondly, the simplified double worm and worm gear turntable is modeled by three-dimension. Choose the software PRO/E to build model. Thirdly, the models are guided into the software 3dStart in the format of STL so that gsd files can be generated. Lastly, all printed parts are assembled properly.

Keywords: PRO/ENGINEER; 3D printint

第一章 绪论

1.1 3D printing技术的研究情况

1.1.1简述3D printing技术在传动机构中的使用

3D printing技术的出现是一次技术革命也不失为一种重要的设计手段，对机械设计的蓬勃发展和机械设计途径的升级有着无可厚非的作用。基于3D打印技术的特点以及3D打印技术对机械设计的影响，此次课题将分析3Dprinting技术的优点及其对机械设计的重要影响，掌握机械设计的相关准则。当3Dprinting技术出现后，如何快速高效的利用这种技术，推进其发展与创新。发挥3Dprinting的技术支持作用，为机械设计提供更好的技术支撑，保证其能够获得更有力的技术保证。

在典型的机械设计过程中，3Dprinting作为一种重要的支持技术，对机械设计有着重要影响，只有认识到3D打印技术的优势以及3D打印技术对机械设计的促进作用，才能够保证3D打印技术在机械设计中得到有效应用，并提高机械设计的整体质量，为其提供良好的技术支持，使得典型机械设计获得有效的技术支撑，最后为我国机械设计提供更好的技术服务，因此要对3Dprinting的特点进行充分的了解，做到根据机械设计的需求有效应用3D打印技术，提高技术应用效果。[1]

3D printing技术是一种基于数字模型文件的技术,它需要利用金属粉末或者塑料等低熔点的粘接材料，然后通过层层堆叠从而形成实体。有学者认为它的外观将会对机械行业造成很大的冲击。此课题将通过对3D打印技术的分析及对机械工程研究范围分析，得出3D打印技术对典型机械传动机构设计的影响：目前3Dprinting技术主要适用于产品开发，对车间、机床等不会造成太大影响。[2]

用3D技术建模的优点：

(1)节约材料,不排除剩余材料,提高材料利用率,降低生产线成本;

(2)除了外形设计外,还可以达到高精度和复杂度;

(3)不需要传统的工具：夹具和机床或任何模具,可以直接用在三维设计软件上设计好的模型数据生成任何形状的零件文件并制作出模型实体。

(4)3Dprinting制作耗时短，这样就便利了设计者及开发者能够实现从虚拟到实体的质的飞跃。

总之,3Dprinting的建模速度很快，节省时间，又精准性，效率高。

本课题主要研究用两种3D打印途径打印典型的机械传动机构蜗轮蜗杆。通过当前手工建模的一些分析， 提出了以 SolidWorks 为软件平台， 用 VB 实现对蜗轮蜗杆的三维参数化建模， 提高了产品开发的效率和质量， 研究成果对实际工程的运用具有一定的指导作用。[3]

文献4主讲了常用的数控机床传动模式 ; 通过分析对比并针对2种典型的机械传动机构指出了解决直接驱动技术难点的关键;针对双摆角数控万能铣头和数控转台等回转进给机构的不同特点 ,阐述了各传动机构在数控机床回转进给机构中的设计方法。[4]

文献5探讨了利用Pro/E设计蜗轮蜗杆实体模型,并将模型数据导入到仿真软件ADAMS中,利用算法建立虚拟样机。接着对其进行动态仿真分析，通过一系列的操作分析从而得到传动效率、啮合力和转速齿轮等数据。仿真数据符合理论计算数据，验证模型正确性，未解决蜗轮蜗杆复杂传动研究奠定了基础。[5]

文献6介绍了蜗轮蜗杆传动机构的工艺及制定合理的制造方案，使其达到传动精度的要求。[6]

文献7介绍了3D打印技术和快速成型技术的概况，以及3D打印技术的特点和应用。[7]

文献8介绍了快速成型技术的特点及应用，着重介绍了快速成型技术在国内的情况以及国内的发展，快速成型各个技术在世界上的发展状况。[8]

文献9讲了在如今生产设计的产品中,很多小而复杂的零件,不容易加工.所以它需要制作一些开模零件.这些产品的共同特点是,制作过程复杂,开模等加工成本比较高，而且由于于大部分是实验性零件,所以加工的数量小,还不能保证一次性就能达到设计师的使用要求,所以后期肯定还需要反复的修改制作,因此在很大程度上加大了设计模型的制作成本.特别是航空用途的细小零件。因为航空器材使用的零件的精密性,制作实验性模型的成本更是巨大。而3D打印机的出现,却很好地解决了这些方面的问题,且价格便宜,在成本上有了大大降低。[9]

文献10讲了汽车座椅电机中使用的蜗轮蜗杆传动机构,用Pro/E画出模型的样子。用仿真软件创建虚拟机模型,并进行一系列的分析运作,最终得出了传动比、输出端转速等相关性能数据。这些结果与实际计算值吻合程度高,说明虚拟样机合理,仿真可信度高,为该机构的进一步优化设计提供了理论依据。[10]

文献11介绍了提高蜗轮蜗杆传动装置有效功率的设计措施。[11]

文献12讲述了如何选择蜗轮的直径系数、齿数和模数，将选择出来的蜗轮作为设计对象,以螺旋状的有色金属的最小体积作为模型设计的目标。建立了具有3个设计变量和10个约束条件的蜗轮传动优化设计的数学模型，给出了优化分析与实例计算结果。[12]

文献13讲述了如何正确使用UGNX平台并结合VisualC 6.0类的编制程序，设计出传动机构模型。向导型的设计界面模式有助于更加高效，迅速地完成对蜗轮蜗杆的设计；不仅如此这样计算出来的强度和制造出的实物与初始形式更加相近。 研究为后续的运行分析、力学分析、虚拟装配等奠定了良好的基础，具有较高的工程实用价值。[13]

文献14介绍了蜗杆传动是机械设计中较为常用的机构,传统设计方法是根据传动比 和设计者的经验,采用强度校核的方法进行,没有考虑设计参数的优化,所做出的设计是符合传动条件的,但往往不是最优化的设计.以三维软件Pro/E为设计 平台,采用VC 6.0为设计界面,调用matlab6.5完成优化设计计算,然后利用Pro/E的程序和尺寸驱动功能,生成优化以后的三维模型,最后 生成蜗轮和蜗杆的二维平面图。[14]

文献15研究了电机控制精度在熔融沉积制造技术快速成形阶段中对FDM打印质量有着重要的影响。研究人员发现光栅对闭环电机可以达到精确的控制。所以通过改进设计提高了成形精度,并利用实验验证了该方法的有效性。[15]

1.1.2 3D打印的基本途径

（1）使用三维设计软件PRO/E对典型机械传动机构蜗轮蜗杆进行相关设计。

1)在三维设计软件中设计蜗轮蜗杆和它的支架。

2)根据设计数据完成建模文件。

（2）将模型数据文件保存为STL格式,随后导入到3DSTART中，从而生成GSD文件。

（3）选择要打印的模型文件启动打印机，打印完成。

1.2 本文主要的研究内容

全文共分四章。每章节的主要内容如下:

第一章，绪论。叙述了3D打印技术的研究情况，简述了本课题的基本认识。

第二章，介绍了3Dprinting的基本原理。

第三章，本章介绍了两种3D打印的对比分析。

第四章，总结和展望。

第二章3D printing基本原理

2.1 引言

建模

切片

打印

图2-1 打印流程

首先使用PRO-E软件建立三维模型图，然后根据使用的3D打印软件来调整 模型尺寸并进行切片，切片软件一般选择cura，值得注意的是要调好切片程序的初始数据设置，防止打印错误。

模型切片完成后保存到TF卡里，接着启动3D打印机，根据设计的模型的截面轮廓信息进行X-Y轴进行平面运动于此同时加热喷嘴，机器会将耗材丝送到已经加热的喷嘴中。当材料在喷嘴中加热并熔化成半液体时,低熔点耗材会被选择性地涂盖于工作台上同时利用温差进行冷却。然后会形成一个薄薄的模型轮廓。在轮廓完成后一段时间内,工作台会下降一段的高度, 接着进行下一层的材料涂盖，直到最终形成三维模型实体。

初次使用时，应该先将3D打印所需要的低熔点耗材导入到打印机器中去，接着调整机器自动平台，调整完毕后，就可以选择设计的模型并进入3D打印模式。如果不是第一次打印，是第二天打印或者是接着打印，就不需要调整设备平台，直接选择需要打印的模型，就可以开始进行打印。

打印完成后用小铲子轻轻的将三维模型铲出来，并小心的清除掉底座后，最后就可以得到自己设计的三维模型实体样本。

2.2 三维模型切片原理

3D打印机利用了3D打印技术,是一种结合添加剂、制造技术的快速成型技术。这种技术是通过数字模型文件来进行一系列的数字切片,由计算机辅助设计技术,利用蜡、塑料、金属等低熔点粘接材料将信息传输到3D打印机,采用分层处理和叠加成形生成TH。通过逐层添加材料实现三维实体。其优点是产品多样,设计空间无限,不增加成本,无需组装,零技能制造,副产品减少,材料组合无限,精确的固态复制等。  

步骤：

切片前准备:

• 将设计好的三维模型保存到桌面上备用；

设置参数:

• 在计算机上打开Cura切片软件。

图2-2 cura切片软件示意图

• 一、快速设置

1.打开“打印参数设置文件”

相关图片展示：