機械工程學院畢業設計題目：基于3d打印技術的汽車前保險杠成型工藝開發專業：車輛工程班級：姓名：學號：指導教師：日期：2016年5月28日目錄TOC\o"1-3"緒論 213D打印機機型設計要求 523D打印機設計 62.1Delta型打印機工作原理 62.2 確認3D打印機整體尺寸 72.3Rostock運動機構設計 82.3.1確定連桿長度最值 82.3.2連桿的強度校核 92.4傳動方案設計 92.5擠出機構設計 102.5.1擠出機裝置選擇 102.5.2擠出噴頭選擇 112.6電機的選擇122.7傳感器的選擇 132.7.1溫度傳感器 132.7.2機械位置傳感器 143運動學仿真 143.1 Delta型3D打印機結構設計的相關技術指標 143.2 三維模型預處理 153.3數學建模 173.4打印機工作空間的驗證 184制作保險杠三維圖 184.1制作三維圖 184.2轉換成stl格式 195打印保險杠成品 195.1將文件進行切片處理 195.2修改切片參數 205.3生成GCODE文件 215.4打印過程檢查 235.5打印完后處理 23總結： 24參考文獻 24英文翻譯 24附圖 25基于3d打印技術的汽車前保險杠成型工藝開發摘要：20世紀80年代，3d打印技術得到快速的發展，對傳統行業產生了沖擊性影響。本文即是基于3d打印技術應用于汽車零部件上，對汽車前保險杠的成型工藝進行研究。利用碳纖維的材料特性，對汽車保險杠的結構進行優化設計，為以后的汽車零部件的快速生產及生產驗證提供可能性。同時利用catia軟件對汽車前保險杠進行了造型設計。關鍵詞：3d打印技術汽車保險杠碳纖維緒論 快速成形技術或快速原型技術簡稱3D打印技術（3Dprinting），又稱三維打印技術，通過計算機輔助軟件（CAD、PRO/E等）或者計算機動畫軟件（3Dmax、犀牛等）建立3維模型，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來實現3D實體成型。3D打印技術最突出的優點是不需要機械加工或模具，就能直接從計算機數據中生成任何形狀的物體，從而極大地縮短產品的研制時間，提高生產率和降低生產成本。3D打印技術已經廣泛應用于航天、航海、國防、醫療、建筑等各個領域一3D打印技術原理3D打印技術目前可分為四類：熔融沉積快速成型（FusedDepositionModeling,FDM）、光固化成型（StereolithigraphyApparatus,SLA）、三維粉末粘接（3DP）、選擇性激光燒結（SelectingLaserSintering,SLS）。四類打印技術的詳細介紹如下1.1熔融沉積快速成型在3D打印技術中，FDM機的使用是最常用的，機械結構也是最簡單，設計是最容易的，制造成本和材料成本同樣也是最低的，FDM技術的優點于成本廉價，制造簡單，缺點是打印的材料的局限性較多，同時由于出料結構比較簡單，難以精確控制出料形態與成型效果，由于溫度對于FDM成型效果影響同樣也非常大，在桌面級FDM3D打印機通常都會缺乏恒溫設備，因此基于FDM的3D打印機的成品精度通常為0.2mm-0.3mm，少數高端機型能夠支持0.1mm層厚，但由于受溫度影響非常大，成品效果還是不夠穩定。FDM機示意圖如下圖0.1FDM結構示意圖1.2光固化成型光固化技術是在3D打印技術中最先發展起來的一種快速成型制造工藝，同樣也是目前研究的最透徹、生產制造技術最成熟的、應用也為最廣泛的快速成型技術之一。光固化技術，主要使用各種光敏樹脂為材料，通過紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐層實現光固化，最終得到完整的產品。光固化成型示意圖如下圖0.2光固化成型示意圖1.3粉末粘接技術三維粉末粘接的原料采用的是各種粉末材料，比如塑料粉末、陶瓷粉末、金屬粉末等粉末類原料，粉末粘接技術工作原理是，先在底部平臺上鋪一層粉末，然后通過噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區域中，讓材料粉末自行粘接，形成零件截面，然后在截面平臺上不斷重復鋪粉、噴涂、粘接的過程，一層一層疊加，獲得最終打印出來的零件圖0.33DP工藝原理1.4選擇性激光燒結SLS的原理是利用粉末材料在激光照射下燒結，控制系統控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上掃描，與3DP不同的是，它首先鋪一層粉末材料，將材料預熱到接近熔化點，再使用激光在該層截面上掃描，使粉末溫度升到熔化點，然后燒結形成粘接物，最后進行層層截面的燒結，，直至完成整個模型成型。圖0.4SLS原理示意圖二.碳纖維材料成型碳纖維(carbonfiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維"外柔內剛"，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵的，而且兼具耐腐蝕、高模量的特性，在國防和民用方面都是非常重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。碳纖維具有許多優良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等圖0.5奧迪A6全新碳纖維改造在3d打印技術中，材料的選擇對成型工藝技術產生了至關重要的作用。市場上流通的常見碳纖維分為兩類，一類是純碳纖維，此類材料打印出來的成品優點是具有高強度性，抗腐蝕性等一些碳纖維材料的專屬特性，缺點是成型工藝難度較高，對溫度及噴嘴的要求極高。第二類即是20%的碳纖維材料，這種材料打印出來的成品優點是成型工藝的條件沒有那么苛刻，缺點是成品的性能上與純正的碳纖維還是具有一定的差距。0.63d打印新型碳纖維復合材料0.73d打印碳纖維樣品13D打印機機型設計要求Delta型3D打印機是3d打印分類中的重要的一部，由于其占地少，速度快等特點，被現在的打印公司廣泛的應用，采用并聯式運動機構的作用是牽引噴頭。為了使表面精度高，我們就要限制各個方向的自由度，為了達到這個要求，為其運動機構有兩種設計方案，一種是工業并聯機械手臂如圖1.1所示,另外一種是rostock運動結構如圖1.2所示。與2維打印機相比，3D打印機增加了Z軸的運動，可打印出來立體的實物。而噴頭要精準穩定地做X、Y、Z方向的運動，它必須要有精確平穩的軌道承載，能否在這三方向是上自由地運動是我對其結構研究的重要部分，而Delta型3D打印機要求的是在最小的空間里實現三個運動方向運動范圍的最大化圖1.1工業并聯機械手臂圖1.2rostock運動結構工業用并聯機械手臂的結構如圖1.1所示，機架的三條邊通過完全獨立的相同運動鏈分別連接到動平臺上，每個運動鏈中有一個由四個胡克鉸和桿件組成的平行四邊形閉環，此閉環和主動臂相連，驅動桿和機架間通過轉動副連接。三組平行四邊形的應用使動平臺始終保持水平，消除了動平臺之間的轉動自由度從而保留了空間的平動自由度。由空間機構學理論可知由空間機構學理論可知對于一般的空間機構，其自由度數目F均可利用公式計算獲得giF6(ngfii1n——運動桿數目g——運動副數fi ——運動副i具有的自由度數g在該空間機構中轉動副有1個自由度，胡克鉸有2個自由度，以n=8,g=9,fi15,將以i=1上數據代入公式（1-1）得giFgf9153ii1由此并聯機械臂連接副的關系可知，每條支鏈約束動平臺都有兩個轉動自由度，任意兩個支鏈就可限制三個轉動自由度，所以本結構形式的并聯機械手共有三個平動自由度，分別為沿XYZ向的平移自由度,因此可以用在3D打印機上。方案二：含rostock運動機構如圖1.2所示，由圖可知該機構由三個平行四邊形閉環組成，通過平行四邊形閉環把立柱同動平臺相連接起來。和工業用并聯機械手臂相類似，三個平行四邊形閉環消除了該機構的3個轉動自由度，該機構也有3個平動自由度，因此可以用在上3D打印機上。兩種方案對比如表1表1運動結構方案對比結構控制復雜程度噴頭運動平穩性功能實現難以程度商業化程度方案一復雜較難差較難幾乎沒有方案二簡單較易好較易較成熟綜合考慮兩個方案的各個方面，本設計選擇方案二23D打印機設計2.1Delta型打印機工作原理含rostock運動機構的Delta型3D打印機的實物如圖2.1所示，3D打印機的整體框架是一個由直徑12mm的不銹鋼搭建的三棱柱，三棱柱的三根側棱為滑軌，依靠不銹鋼側棱的加工精度保證滑軌的垂直度與剛度。圖2.1Delta型3D打印機的實物圖導軌的上方安裝有三臺步進電機如圖2.2所示，步進電機通過同步帶輪帶動滑塊上的同步帶運動，從而將電機的旋轉運動轉變為滑塊的直線運動，并帶動滑塊在導軌上上下滑進如圖2.3所示。滑塊依靠連桿與打印機的噴頭相連，當滑塊在上下運動時，依靠連桿的剛度完成對噴頭的牽引作用，實現對打印頭位置的控制。打印所需的原料通過一根聚乙烯管從打印機的上方送入，送入條料所需的動力由一個步進電機提供。工作平面位于打印機的底層，打印機整體采用了開放框架，方便打印機平臺的調平以及打印機的擴展和維護。輔助系統和檢測系統直接安裝在打印機的框架之上實現對打印過程的在線監測。圖2.2步進電機的安裝位置圖2.3同步帶的傳動2.2 確認3D打印機整體尺寸設計原始成形尺寸：直徑200mm，高度300mm。整體尺寸計算模型圖如圖2.4所示，等邊?JHG為圓P的外切圓，其中GK⊥HJ，|PQ|=|PK|=|PL|=100mm,JQ⊥GH，HL⊥GJ,可得：｜HG|=｜GJ｜=｜HJ｜=2｜HK｜=2|PK|tan60°=346.41mm，所以正三棱柱底邊邊長的最小值346.41mm。正三棱柱的底邊邊長取400mm，高度值取800mm。圖2.4整體尺寸計算模型圖2.3Rostock運動機構設計2.3.1確定連桿長度最值Rostock運動機構中6根連桿長度是相同的。確定連桿的最小長度值。保持打印機的正三棱柱的外形尺寸不變，當rostock運動機構中的6根桿共面時其處于極限位置時，連桿的長度取得最值,此時rostock運動機構的簡化模型如圖2.5。圖2.5 連桿取最小值時rostock運動機構的簡化模型由工作原理可知，?ABC為等邊三角形，|AB|=|AC|=|BC|=400mm,CF⊥AB,AD⊥BC,BE⊥AC,由等邊三角形的三線合一性質可知,點O為?ABC的中心。所以|AO|=|BO|=|CO|=2/3|AD|=2/3|AB|sin60°=0.67x400xsin60°=230.94mm所以連桿直徑為6的不銹鋼桿長度的最小值為230.94mm。保持打印機中的正三棱柱的外形尺寸不變，當滑塊位于正三棱柱的最高處時，噴頭位于打印機底座平面時其處于另一極限位置，此時連桿的長度取得最大值，此時rostock運動機構的簡化模型如圖2.6所示。圖2.6連桿取最大值時rostock運動機構的簡化模型圖中b=800mm,a=230.94mm,由勾股定理可得a2b2c a2b2所以連桿即?6的不銹鋼桿長度的最大值為832.67mm。綜上可得，連桿長度L的取值范圍為230.94mm≤L≤832.67mm，考慮打印機的結構和安裝，取直徑為6mm的不銹鋼桿的長度為300mm.2.3.2連桿的強度校核在圖4.1和圖4.3中可知Rostock運動機構的Delta型的打印機中除連桿外各個部件所承受的載荷都很小，所選用的材料的強度都滿足要求；而連桿由于在運動過程中可能會受到一定程度的拉伸，所以要校核連桿的強度。連桿選用直徑為6mm的不銹鋼桿。打印機在工作過程中連桿和噴頭的質量都很小，它們對連桿的強度影響可以忽略不計，而連桿兩端所受拉力大小相差不大，故連桿可等效為二力桿，此二力桿兩端所受力大小為10N（相當于1.0kg的力）。由材料力學的中的軸向拉伸與壓縮的強度計算公式得代入數據得經查機械設計手冊得：304不銹鋼的抗拉剛度b520Mpa.所以所選直徑為6mm的304不銹鋼絲桿滿足要求。2.4傳動方案設計由打印機的整體尺寸和工作原理可知，該處的傳動屬于遠距離直線傳動，可選用的傳動方案有螺桿傳動和皮帶傳動，兩種傳動的優缺點比較如下表所示。表2 螺桿傳動與皮帶傳動的比較過載能力結構工作速度傳動效率制作安裝精度緩沖減振能力螺桿傳動無復雜較低較低較高無皮帶傳動較好簡單較高較高較低較好綜合考慮打印機的各個方面情況，本設計的傳動方案選擇皮帶傳動。皮帶傳動又分為普通V帶傳動和同步帶傳動，兩種傳動的比較如表3所示項目方案相對滑動傳動效率節能效果結構工作環境要求外廓尺寸V帶有低差復雜較高較大同步帶無高好簡單較低較小表3V帶與同步帶的比較傳動的平穩性和精準性對于打印機的工作精度和速度都是至關重要的，從表3可知，同步帶與V帶相比傳動更加平穩和準確，所以本設計選用同步帶傳動，由機械設計手冊選取MXL型同步帶和MXL型同步帶輪。2.5擠出機構設計2.5.1擠出機裝置選擇擠出裝置由擠出機和擠出噴頭組成，送料裝置負責條料的送給。3D打印機的擠出機主要有直接擠絲、齒輪擠絲、液體擠出三種類型。本設計的擠出裝置的設計主要考慮以下兩個方面：一方面為了提高打印機的工作精度，應可能減輕噴頭的重量，需要將擠出機裝于3D打印機的頂部，故屬于遠程擠絲。另一方面本設計所選用的打印原料為熔點在245℃左右的復合碳纖維材料，故基于以上兩個方面的考慮在本設計中選擇齒輪的方案，擠出機有以下三種設計方案：（1）通過電機帶動齒輪，齒輪與皮帶連接，通過電機帶動螺桿轉動從而控制材料的進退。此結構裝置比較復雜，而且螺桿上會容易有顆粒狀材料殘留。（2）采用輸出軸為圓柱形步進電機，用小螺栓將絲輪固定在輸出軸上，用一個裝有滾軸的裝置來擠壓打印材料，材料在送絲輪和滾軸之間，使打印材料兩側受到壓力產生擠壓，迫使材料在電機帶動下前進和倒退。此裝置的的好處在于對于步進電機的電流和參數要求不太高，同時利用齒輪減速加力，因此擠絲力會較好。缺點就是這種裝置的結構比較復雜，維護起來相對來說有點麻煩。（3）通過步進電機的輸出軸帶動軟軸，用軟軸控制兩邊齒輪，用一對齒輪夾緊材料，可完成打印材料的前進和倒退。但此結構裝置較復雜，成本較高并且只能對應一種直徑的打印材料，更換其他直徑的打印材料就必須重新設計一個軟軸。從結構和實用兩個方面考慮，本設計選用第二種設計方案。本方案的實物圖如圖2.7所示，送料機構由齒輪、軸承、步進電機組成。圖2.8送料裝置原理圖圖2.7擠出裝置實物圖送料裝置原理圖如圖2.8所示。采用送料齒輪輪和軸承相互配合，依靠輪齒的抓緊力鉗住條料向前動作，從而達到條料的進給。送料輪齒為主動輪，負責提供條料的進給所需動力，軸承起定位的作用，同時可以有效減小條料的進給阻力。軸承與送料齒輪之間的間隙應該略小于條料的直徑，條料進入軸承與送料齒輪之間的縫隙時會受到兩輪的擠壓而產生摩擦力，使之沿圖2.8箭頭所示方向運動，可以利用其自身的彈性力確保送料齒輪有一定的抓緊力，送料的精確性可通過對步進角度的控制得到保證。要做到條料送進不失步，步進電機需要提供足夠的扭矩。2.5.2擠出噴頭選擇擠出噴頭的選擇對于熔融沉積成型技術尤為重要，本文采用的碳纖維的材料極其容易磨壞噴嘴，成型工藝對噴頭系統的功能要求可以分解為以下幾點:（1)熔絲功能和料絲送進功能:將送進的固態料年能及時充分地熔化成為熔融狀態并從噴嘴擠出;（2)流道功能:為熔融態材料提供穩定流動的通道;（3)定徑功能:對擠出熔融物料進行可控定徑,使得細小直徑的絲材能夠進行堆積;（4)出絲速度匹配與出絲起?？刂乒δ?出絲速度實行可控,能夠根據噴頭掃描速度進行調整,能實現速度互相匹配。出絲應該能根據路徑掃描要求及時起停,以保證高質量的成型路徑,尤其是在路徑起始和停止處。擠出噴頭裝置將擠出機送來的打印條料采用電阻式加熱融化后，由擠出噴嘴擠出。擠出噴頭設備主要由進料管、加熱管、散熱片、噴嘴、監測裝置、散熱風扇、組成。擠出噴頭的原理如圖2.9所示。圖2.9擠出噴嘴原理圖擠出噴嘴原理是由送料裝置送進的條料經過進料管流進加熱管，在加熱管內迅速加熱至245℃全熔化。當后續的材料進入加熱管后，借助未熔的活塞作用將熔融材料擠入嘴,擠出的條料在打印面上固化形成打印件。在擠出裝置的前端，假如過早地融化，會因材料的熱膨脹產生的逆向壓力將液態的材料擠出到下端凝固，引起進料管的堵塞。為阻止這種情況的發生，在進料管上加入散熱片和散熱風扇對進料管進行冷卻與降溫。進料管為貫通整個擠出裝置，上端接入喉管插頭，下端和噴嘴相連。進料管的上半部分被數根散熱片包裹，下半部分被加熱管包裹。在擠出機構中噴嘴是比較重要的部件，因為打印產品的表面質量取決于噴嘴的大小，考慮到Delta型3D打印機的機械軸向負載能力較弱是為了提高打印精度，本設計采用重量較輕的J-head型噴嘴，這樣能控制機器的穩定性，該噴嘴的實物圖如圖2.10所示。圖2.10J-head型噴嘴2.6 電機的選擇電機控制系統按照運動過程的需要分為驅動伺服和驅動步進兩大類，它們優缺點的分別比較如表4所示.綜合考慮控制使用要求、成本要求以及3D打印機的實際工作情況，3D印機的電機選擇了步進電機，其作用是為滑塊提供足夠的動力，即通過帶動同步帶使得滑塊在導軌上做直線運動。表4伺服電機與步進電機的比較伺服電機步進電機控制類型閉環控制開環控制控制精度是步距為1.80步進電機脈沖當量的1/655。兩相混合式步進電機的步距角一般為1.80、0.90步進電機的步距角一般為、。低頻特性交流伺服電機運轉非常平穩即使在低速時也不會出現振動現象。步進電機在低速時易出現低頻振動現象。頻率特性交流伺服電機為恒力矩輸出，其額定轉速一般為在該范圍內電機都能輸出額定扭矩在額定轉速以上為恒功率輸出。步進電機輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般為300選擇步進電機需要考慮的因素如下：（1）最小轉速：要使得打印噴頭的最大移動速度可達到60mm/s，步進電機的最小轉速可達到250r/min。（2）額定扭矩：3D打印機中電機的扭矩涉及以下三個方面：一、滑塊在運動時在自身重力和連桿壓力的作用下，使得其最大阻力為0.2N，電機軸的輸出力要克服阻力從而帶動同步帶運動；二、在行進停止時步進電機時可以保持的最大靜扭矩要能有效防止滑塊在自身重力作用下滑軌下滑；三、為保證擠出機在送料時不失步，步進電機需要提供足夠的扭矩。通過拉力測定可得，材料在送進的過程中，步進電機在運動時的扭矩需保持在0.5N·m左右?；谝陨先齻€方面的考慮，查《機械設計手冊》選取42HB48-174型步進電機，其部分參數如表5：表542HB48-174型步進電機的部分參數額定扭矩保持扭矩步距角步距精度0.27·m0.40N·m1.8°±5%2.7 傳感器的選擇2.7.1溫度傳感器在此3D打印機中的傳感器包括溫度傳感器與機械位置傳感器。在溫度傳感器中，主要有接觸式與非接觸式兩種，具體的差別如表6表6接觸式和非接觸傳感器比較溫度傳感器按工作原理分為接觸式和非接觸式。由上表分析，接觸式溫度傳感器的特別適合1200℃以下，無腐蝕性、熱容大傳感器的連續在線測溫，并且接觸式測溫系統結構簡單、可靠、維護方便、價格低廉、體積小，并且可以方便的組成多路集中測量與控制系統；非接觸時傳感器對于1000攝氏度以下誤差相對來說較大，故采用接觸式的溫度傳感器。其中熱敏電阻的鎳的有效溫度測量范圍在-150-300℃，精度在0.2%-0.5%之間，標準化程度非常高高，精度及靈敏度都較好，對于本設計來講鎳更加適合作為溫度傳感器2.7.2機械位置傳感器機械位置傳感器選用壓力傳感器，它用于檢測噴頭的三原色顏料用量和粘劑的用量，還有打印原料當前使用情況檢測。但物量不夠的時候，反饋并提醒用戶加入顏料、粘劑或原料。綜合考慮各個方面因素，選用電位器來做測量，且能達到比較高的精度。3運動學仿真3.1 Delta型3D打印機結構設計的相關技術指標運動學仿真的目的在于驗證所設計的打印機的結構是否滿足任務書給定的運動學相關技術指標。任務書給定的相關技術指標有：（1）打印機的工作區域：直徑200mm,高300mm的圓柱體；（2）噴嘴的運動精度：0.2mm，打印厚度：0.2mm；（3）噴嘴運動的最大速度：60mm/s。3.2 三維模型預處理在Solidworks中建好三維模型后將其導進adams中進行運動學仿真，為了便于仿真應對模型進行預處理。為方便在adams中對模型進行處理應在Solidworks中將三維模型進行結構簡化就是去掉與運動無關的零部件。另外，為保證三維模型在Solidworks和adams中所處的坐標系一致以便于處理，在Solidworks應該將模型的坐標原點與系統的坐標原點重合。Solidworks中處理好的三維模型如圖3.1。將簡化后的模型導入adams中后要再次進行處理。首先對底座、頂座和立柱，滑塊和套筒，噴頭支架和噴嘴間進行布爾加運算。然后在底座與大地間添加固定約束,套筒和立柱間添加移動副約束，連桿兩端與相關零件分別添加球面副約束。圖3.1Solidworks中處理好的三維模型圖3.2帶輪主要參數設置圖3.3同步帶的主要參數設置圖3.4 同步帶系統激勵主要參數設置最后添加同步帶運動系統。為使其便于帶輪準確定位，應當先在帶輪中心處添加maker，其坐標分別為（0，217.58，-42.5）、（0，217.58，-829）、（188.43，-108.79，-42.5）、（188.43，-108.79，-829）、（-188.43，-108.79，-42.5）、（-188.43，-108.79，-829）。三個同步帶運動系統的帶輪、同步帶、激勵的主要參數設置分別如圖3.2、3.3、3.4所示。預處理完后的模型如圖5.5,激勵的方向應和帶輪的旋轉方向一致。圖3.5預處理完后的模型3.3數學建模由于Delta型3D打印機的連桿長度為定值，利用這一條件結合空間幾何的相關知可以建立滑塊質心的位置坐標與噴嘴中心的位置坐標的關系。建立數學模型的作用有兩個方面：一方面：由滑塊的最小位移確定噴嘴的運動精度，從而驗證所選的步進電機的步距角是否滿足要求，另一方面：驗證連桿長度和立柱長度是否合理即輸入任何一組在作業范圍內的數據，噴嘴的位置是唯一確定的。數學建模前要對有關部件進行模型簡化得到可以用以計算的數學模型?；诟鱾€相關零件的尺寸，模型簡化如下：將滑塊簡化為位置在其質心處的質點，噴頭支架、噴嘴簡化為位于連桿交點處的質點。為使簡化模型與實際相符，連桿長度取等效桿長，考慮到噴頭支架的直徑對等效桿長的影響，等效桿長取為L=370mm設噴頭中心析坐標為PC(188.43,108.79,Z3)，滑塊中心的坐標分別為A（0，217.58，Z1）、B(188.43,108.79,Z2)、C(188.43,108.79,Z3)模型簡化后連桿長度為L=370mm即|PA|=|PB|=|PC|=L,則由空間幾何知識得數學模型為((z0)L(x0((0z2)L(x0((z0)L當已知滑塊質心的坐標即z1、z2、z3的值由式（5）-（7）便可分別確定出噴嘴中心坐標即x0、y0、z0的值。用MATLABL軟件解上述方程組的程序如下：為三個滑塊質心的縱坐=%z0為噴嘴中心坐標==3.4打印機工作空間的驗證打印機工作空間的驗證任務書要求的工作空間為底面直徑200mm,高300mm的圓柱區域，這里把所驗證的工作空間取為底面直徑300mm,高300mm的圓柱區域，所以有-150≦X0≦150,-150≦Y0≦150,-750≦Z0≦-30,-750≦Z1≦-30,-750≦Z2≦-30,-750≦Z2≦-30.現取噴嘴處于所選的驗證工作區域的邊界位置時Z1、Z2、Z3的值由附錄中數學模型解的表達式計算得到X0,Y0,Z0的值如表8所示表8方程的解(-247.57,-406.05,-247.57)-68.43-44.96(-406.05,-247.575,-247.57)0.00136.00-44.00(-247.575,-247.57,-406.05)-68.43-44.96(-547.575,-547.57,-706.05)-68.43-344.96(-706.05,-547.575,-547.57)0.00136.86-344.96(-547.575,-706.05,-547.57)-68.43-344.96由上表可知X0，Y0，Z0值均符合要求，所選桿長完全合理。4制作保險杠三維圖在3d打印技術中，就是將三維圖轉換成切片文件，在打印機制作完成之后就是制作三維cad圖，將cad格式轉換成stl格式，之后才進行切片操作。4.1制作三維圖本文的保險杠設計是基于catia軟件制作，保險杠的模型是參考雷克薩斯混合動力車gs450h，利用caita軟件的凸臺、倒圓角、建立平面、拔模等相關操作進行實體造型設計。下圖即是利用catia制作的保險杠三維圖圖4.1保險杠的三維圖4.2轉換成stl格式Stl格式是FDM機中最常見的3d格式，用于表示三角形網格的一種3d數字形式，俗稱點云格式。STL只能用來表示封閉的面或者體。將stl格式經過切片軟件進行切片，常見的切片軟件有cura、systerm3d等。進過切片操作，生成GCODE文件。5打印保險杠成品將stl格式文件導入切片軟件，進行切片操作，切片操作分為以下幾步，（1）進行平臺設置，設置適合的平臺參數（2）進行參數設計，包括噴頭直徑，線料直徑，層高，及打印溫度（3）對高級參數進行設置，包括外圈打印溫度，內圈打印溫度，外圈打印速度，填充速度等（4）專家參數設計，對參數的支撐參數，支撐類型等進行設置。5.1將文件進行切片處理下圖即是將保險杠的stl格式導入切片軟件中，進行切片操作。如圖5.1圖5.1導入保險杠示意圖5.2修改切片參數在打印過程中，基礎參數的設定尤為重要。但是如果說實際打印過程當中如果發現第一層不能很好地粘接在打印平板上面或者是粘結平板太過于牢靠了以至于很難摘除模型，前者就需要重新調節打印平板使平板與噴嘴之間的距離更近，后者只要增加這個Initiallayerthickness值（經驗是0.05mm地遞增）。這里需要注意的是根據使用經驗和調平結果來說，其實噴嘴距離打印平板比較近的可能性遠大于距離比較遠。而且這個參數其實經驗豐富的用戶還可以通過修改這個值去控制第一層與平板的距離，然后既可以保證打印件比較牢靠地粘結在平板上也能保證很容易被鏟子撬起。所以有的時候這個參數還是有必要的而且很重要的。圖5.2初級參數設置在基礎的參數設置中，層高顯示出每層的厚度，直接影響表面的精細度，表面精細度直接受層高和噴頭的直徑有關。填充的多少直接影響質量，也會影響成品的硬度，填充越多，硬度越大，在保險杠的設計中，使用的是實心，填充率為100%。線料的直徑也限制著表面粗糙度，在線料越細的情況下，表面的精細度也就越高，先打印保險杠的過程中，使用的1.75mm的線料，在碳纖維的使用中，碳纖維的含量為20%。打印溫度為245℃。層高為0.3.使得打印速度更快。圖4.3高級參數設置在圖4.3上述參數中，噴頭的直徑直接影響到表面粗糙度，在打印的過程中，回抽的速度及長度影響的是表面的拉絲現象，在回抽速度與長度，在和打印速度恰當的時候，會使得拉絲很少，提高表面的精細度。5.3生成GCODE文件般的數控機床都只能識別簡單的機器代碼，3D打印機也不例外，它只能識別Gcode代碼，所以在打印前得利用切片軟件根據STL模型文件生成Gcode代碼。下面即是在打印保險杠的過程中生成的GCODE文件M109S195.000000;Slicedat:Wed11-05-201613:17:33;Basicsettings:Layerheight:0.3Walls:1Fill:10;Printtime:86hours28minutes;Filamentused:857.529m1237.0g;Filamentcost:None;M190S0;Uncommenttoaddyourownbedtemperatureline;M109S195;UncommenttoaddyourowntemperaturelineG21;metricvaluesG90;absolutepositioningM82;setextrudertoabsolutemodeM107;startwiththefanoffG28X0Y0;moveX/YtominendstopsG28Z0;moveZtominendstopsG1Z15.0F2400;movetheplatformdown15mmG92E0;zerotheextrudedlengthG1F200E3;extrude3mmoffeedstockG92E0;zerotheextrudedlengthagainG1F2400;PutprintingmessageonLCDscreenM117Printing...;Layercount:1111;LAYER:0M107G0F2400X147.423Y143.601Z0.300G0X147.423Y143.793注：G21公制輸入G90絕對尺寸M82是主軸制動器開M83是主軸制動器關G28參考點返回G01直線切削G902預制坐標X:x坐標Y：y坐標Z：z坐標E：擠出量F：打印速度5.4打印過程檢查在打印過程中，由于FDM機器的局限性，可能會收到其他外界的影響，例如溫度，濕度等的影響，所以定時檢查打印過程也是顯得尤為重要，圖5.4、5.5即是在打印過程檢查5.4打印過程檢查5.5打印基本完成5.5打印完后處理由于FDM機噴頭的原因，使得成品相對比較粗糙?？梢酝ㄟ^后處理，使得表面達到比較光滑的效果，后期可以通過打磨，補膩子，烤漆等操作達到幾乎與出廠機型無差別的外觀效果。圖5.6、5.7即為后期處理效果圖圖5.6后期上膩子工序圖5.7后期打磨工序在后期處理中，打磨是最為關鍵的一步，由于3D打印機打印的堆積原理，層紋線是暫時無法避免的，這些都是可以后期處理解決的，所以后期處理同樣也是3D打印工藝中很重要的一部分。小結：在3d打印的汽車前保險杠成型工藝開發中，通過3D打印機結構的設計、保險杠三維圖設計、打印成型的后期處理等一些工序，驗證了3D打印保險杠的可行性，從而說明了3D打印在汽車零部件上的應用的是可行的。，3D打印技術最主要的特點就是制造的時間少，在制作完成之后，能夠滿足基本的結構裝備，這樣的成型工藝可以減緩企業生產的周期，來實現機器的整體裝配及其強度與硬度分析，為以后的新機型能上市搶占先機.總結：在確定我的畢業設計題目之后，從最開始的無從下手，到通過老師的幫助，一點一點的剝絲抽繭，開始從材料，打印機的結構，打印機是否可行，打印保險杠是否具有可用性等對我進行指點，在確定好大綱之后，我通過查詢資料，在實習的同時組裝了一臺Delta型3D打印機，通過了這個過程讓我更了解打印機的優缺點了，從而將它的長處發揮來汽車零部件上，在保險杠的優化成型工藝中，最重要的一點就是材料，從最開始通過對比，在PLA、ABS、碳纖維、光敏樹脂等材料中，根據保險杠的功用，選取了碳纖維作為材料。在最后縮小比例打印保險杠的整個過程中，讓我對3d打印的整個過程了解的更加透徹，對保險杠的實用性產生了非常濃厚的興趣，讓我對汽車的零部件更加的了解了在此要感謝我的導師，是他的耐心指導和教誨，使我能夠順利的完成論文。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業知識，也學到了做人的道理。再次向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。參考文獻[1]陰賀生趙文豪宋杰徐承凱趙佳峰編著.《基于三臂并聯結構的桌面3D打印機》.機械制造出版社.2011[2]任乃飛張福周王輝邢志杰編著.《金屬粉末選擇性激光燒結技術研究進展》.機械設計與制造.2011[3]牛一帆主編.《3D打印技術探究》.廣東印刷.2001[4]李坤淑主編.《鹽/PS混合粉末激光燒結成型實驗研究》.激光雜志.2000[5]汪家銘主編.《聚丙烯腈基碳纖維發展與應用》.大連理工大學出版社.2012[6]劉衛紅主編.《關于數控切繪機的初步構想》.人民教育出版社.2000英文翻譯Abstract:in1980s,3Dprintingtechnologyhasbeenrapiddevelopment,theimpactoftheimpactoftraditionalindustries.Thispaperisbasedonthe3Dprintingtechnologyusedinautoparts,theautomobilefrontbumpermoldingprocessresearch.Usingthematerialcharacteristicsofcarbonfiber,thestructureoftheautomobilebumperisoptimized,whichprovidesthepossibilityfortherapidproductionandproductionverificationoftheautomobilepartsinthefuture.Atthesametime,Caitasoftwarewasusedtodesignthefrontbumperofthecar.Keywords:3Dprintingtechnology,automobilebumper,rapidprototyping,3Dprinter,carbonfiber附圖附圖1附圖2附圖3附圖4基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片