摘 要

本文在对Delta型3D打印机整体尺寸及主要零部件进行设计的基础上，对3D打印机运动过程中位置、速度、加速度进行了分析并绘制了相应的图形。借助了三维建模软件Solidworks对打印机结构进行了三维建模，并在ADAMS中进行了相应的运动仿真，成功的模拟了3D打印机运动时的状态。最后针对打印机打印误差问题进行了分析。

本文的主要工作包括：

1）3D打印机设计：完成3D打印机整体结构设计，对一些部件进行简化处理;

2）运动学分析：运用MATLAB对3D打印机运动时位置、速度、加速度进行分析并绘制相应图形;

3）三维建模：运用Solidworks软件对3D打印机进行三维建模，使其立体化;

4）运动仿真：运用ADAMS软件进行运动学仿真，模拟3D打印机运动过程，并进行动画制作;

5)误差分析：对打印机误差来源进行分析，并提出减小误差的方案。

本文的特色：使用软件对3D打印机进行运动分析，对其运动更加了解，并且对误差进行分析，以提高打印精度。

关键字：Delta结构；结构设计；三维建模；运动仿真；误差分析

Abstract

In this thesis, based on the design of the overall and the main parts’t size of the 3D printer, the thesis analyses the position, velocity and acceleration of the 3D printer, and draws the corresponding figures. The 3D modeling software Solidworks is used to modle the structure of the printer, and the corresponding motion simulation is carried out in ADAMS, also the motion of the 3D printer is simulated successfully. Finally, the error of the printer is analyzed.

The main work of this thesis is:

1)3D printer design: complete the design of the overall structure of the 3D printer ,and simplify the processing of some parts;

2) kinematic analysis: use MATLAB to analyze the position, speed, acceleration of the 3D printer and draw the corresponding graphics;

3) three-dimensional modeling: use 3D software—Solidworks to make three-dimensional modeling, making it more three-dimensional ;

4) motion simulation: use ADAMS to carry on the kinematics simulation, and simulate the 3D printer movement process, and carry on the animation production

The characteristics of this thesis: the use of software on the 3D printer for motion analysis, making the motion more understanding, and analyze the error to improve the printing accuracy.

key words: Delta structure; structural design; three-dimensional modeling; motion simulation; error analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的与意义 1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.3 本文的主要工作 3

第2章 3D打印机结构类型 5

2.1 串联结构 5

2.1.1 RepRap 5

2.1.2 Prusa i3型号 7

2.1.3 Mini  Metal  Maker 8

2.2 并联结构 8

2.2.1 平面关节型 9

2.2.2 关节型 11

2.3 并联结构与串联结构对比 11

2.4 本章小结 12

第三章 整体方案设计 13

3.1 3D打印机尺寸设计 13

3.2 Rostock型3D打印机运动机构设计 14

3.3 传动方式设计 15

3.4 步进电机的选型 16

3.5 本章小结 18

第4章 Delta型3D打印机运动学分析 19

4.1 公式验证 19

4.1.1 位置正解 20

4.1.2 位置反解 20

4.2 运动学分析 21

4.2.1 位置分析 21

4.2.2 速度分析 23

4.2.3 加速度分析 24

4.3 本章小结 25

第5章 Solidworks建模与ADAMS仿真 26

5.1 Solidworks简介 26

5.2 3D打印机零件的三维建模 26

5.3 ADAMS简介 28

5.4 Solidworks模型导入ADAMS过程 28

5.5 ADAMS仿真分析 29

5.6 本章小结 34

第6章 物理样机的实现 35

6.1 物理样机的制作 35

6.2 误差源分析 36

6.3 精度控制 37

6.3.1 误差防止 37

6.3.2 误差补偿 37

6.4 本章小结 38

第7章 结论与展望 39

7.1 总结与展望 39

7.2 经济性分析 39

参考文献 40

附录 41

致谢 46

第1章 绪论

• 1. 课题研究的目的与意义

本次毕业设计研究的题目是基于Delta结构的3D打印机虚拟样机设计及仿真。随着当代工业的发展，3D打印技术也渐渐的进入了人们的生活之中。一些所使用的工具或是生活用品皆是由3D打印机打印出来的，一些医院中所使用的医疗用品也有许多是由3D打印机打印出来的。3D打印技术对工业以及制造业的发展有着不可忽视的影响，因此，了解并学习3D打印机对工作或是学习来说都有很大的影响。

本次毕业设计的目的是结合相关资料，对Delta结构3D打印机进行运动学分析、对3D打印机各结构进行设计计算，并且建立3D打印机主要零部件三维装配模型及整机虚拟样机，最后对3D打印机进行运动及动力学仿真。期间，为了完成这次毕设需要掌握三维建模软件以及ADAMS软件，还需要对整个3D打印机的运动和内部编程加以了解和学习，另外，也对文献的检索能力有所要求。随着社会的发展，3D打印技术已经成为当下非常流行的一种成型技术，同样也是未来制造业的大势所趋。