图书分类号：密 级：上单毕业设计(论文)基于CAE分析的简易3D打印机设计THE DESIGN OF SIMPLE 3D PRINTER BASED ON CAE学生姓名班 级学院名称专业名称指导教师 毕业设计(论文)学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日I摘要本文首先概括介绍了3D打印技术，包括3D打印技术的发展背景、现状及种类。后面介绍了3D打印机的概述，并结合3D打印机发展中所遇到的机遇挑战，提出设计一款简易的3D打印机。本文根据相应的技术指标及参数在满足标准的情况下，对简易3D打印机进行整体的结构设计，设计路线按照从下至上，从外至内的顺序进行产品设计，具体是底座的设计、顶框的设计、支架的设计、送丝机构的设计以及打印机构的设计。其中在这些结构设计中，还包括底座的强度校核及材料选择、轴的强度校核与选型、步进电机的选型等。因简易的3D打印机的某些结构因受力可能变形，所以最后基于CAE技术还要对设计的简易3D打印机的关键零部件进行有限元分析，结合数据，检验是否符合设计要求。本文研究设计的简易3D打印机旨在将3D打印技术带入家庭或办公室，即使在一个小的工作空间中也可以完成3D模型的快速成型制造，所以要求它的结构简单，操作方便，价格经济，空间友好。设计中主要使用了Auto-CAD、SolidWorks、Ansys等软件，用SolidWorks制图软件三维建模，Auto-CAD制图软件画出二维平面图，应力分析方面主要通过Ansys有限元分析软件对简易3D打印机的关键部件进行应力分析。关键词 简易3D打印机；结构设计；SolidWorks三维制图；CAE分析AbstractThis paper firstly introduces the 3D printing technology, the status quo and development background, including the type of 3D printing technology. After the introduction of an overview of the 3D printer, and combined with the development of 3D printers Opportunities, Challenges encountered, proposed to design a simple 3D printer. In this paper ,the design is based on the relevant technical indexes and parameters which meet the standard. The simple 3D printer for the design of the overall structure, route design is from the highest to the lowest, the sequence is from the outside to the inside of product design, specifically the design of the pedestal, a top frame design, support design, send wire feeding mechanism design and printing mechanism design. Which in the design of the structure, including the strength of the base check and materials, shaft strength checking and selection, stepper motor selection. For some simple 3D printer structure due to the stress deformation. so in the end,based on CAE technology, the design of simple 3D printers key parts were finite element analysis, analysis of data, test whether it meets the design requirements.In this paper, to design the simple 3D printer in order to take 3D printing technology into the home or office,even in a small working space the simple 3D printer can also complete the 3D model of the rapid prototyping manufacturing, so it has the advantages of simple structure, convenient operation, economic price and friendly space. This design mainly used the CAD, Solidworks, ANSYS software, using Solidworks to 3D Modeling Software and motion simulation, using CAD to draw a planar graph, and Stress analysis focuses on the key components of a simple 3D printer was analyzed by Ansys finite element analysis software.Keywords Simple 3D printer The design of structure SolidWorks CAEII毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 3D打印技术的发展背景及现状11.2 3D打印技术的种类11.3 3D打印机及简易3D打印机的概述21.4 3D打印机的发展带来的机遇和挑战31.5 本次设计的主要工作31.5.1 简易3D打印机指标31.5.2 主要的设计工作41.5.3 设计思路及主要问题42 简易3D打印机的结构设计52.1 整体结构设计52.1.1 工作原理52.1.2 3D打印机的组成52.1.3 框架结构52.2 底座的设计62.2.1 底座角件的设计62.2.2 铝型材的选择62.2.3 底座整体结构72.3 支架的设计82.3.1 直线光轴许用弯曲应力的计算82.3.2 直线光轴材料的选择92.4 顶框的设计102.4.1 顶框角件的设计102.4.2 铝型材的选择112.4.3 顶框整体结构112.5 送丝机构设计112.5.1 挤出机座设计112.5.2 U型滚动轴承的选型122.5.3 快速接头的选择122.5.4 挤出机设计及相关部件选型122.5.5 送丝机构整体机构132.6 打印机构设计132.6.1 步进电机的选型132.6.2 同步轮的选型152.6.3 同步带的选取162.6.4 深沟球轴承的选型162.6.5 直线轴承的选型182.6.6 滑动座的设计182.6.7 万向节的设计192.6.8 中心平台的设计192.6.9 推杆的设计202.6.10 喷头座的设计222.6.11 散热风扇的选型222.6.12 喷头装置的设计222.6.13 打印机构整体结构243 CAE结构分析253.1 CAE技术253.2 CAE软件253.3 CAE分析对象253.4 Ansys有限元分析过程253.4.1 前处理253.4.2 有限元分析293.4.3 后处理32结论36致谢37参考文献38371 绪论1.1 3D打印技术的发展背景及现状3D（Three Dimensions）打印技术是一种通过材料逐层添加形成三维物体的具有划时代变革的技术。1目前3D打印技术在国内外还是一个比较新兴的领域，具有非常大的市场前景。另外3D打印的迅速发展同时也为现代制造业带来了一场新的科技革命，因为3D打印技术不像传统的机加工生产需要依赖生产的工艺性，它可以传统的生产工艺直接快速成型所需要的产品模型。3D打印不需要任何传统加工工具，能够减少很多人力物力，所以3D打印似乎就是在替代一个人在制作产品。尽管3D打印有如此大的突出之处，但还不够尽善尽美。3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一，越来越受到工业界和投资界的关注。2它作为一种新兴的科学技术已经应用到很多领域范畴，比如现代制造业，医疗领域，航天航空领域，工程材料领域，还有化工技术领域等。在现代制造领域上，3D打印技术的推行使得现代制造业有了更多的革新，通过3D打印技术可以使产品制造效率不断挺高，为现代制造业注入新鲜血液。在医疗领域上，已经有人通过3D打印技术实现了器官的打印，打印的器官可以直接植入人体，并且不会导致排斥。在航天航空领域上，3D打印技术可以快速的打印出飞机的机翼以及一些结构复杂的发动机，而这些都是传统制造所不能企及的。3D打印技术经过十多年的发展，目前3D打印机的精度可以到达0.001mm，这样的技术几乎可以打印出任何我们所能看得到的东西，可见3D打印技术已不复当年，现在的打印精度还是相当好的。目前国内很多家做3D打印的公司都相继研制开发了属于自己的3D打印机，虽然机器的生产和销量还不能与国外大型做3D打印的公司相媲美，但还是取得了一些阶段性的突破。另外国内生产的3D打印机在材料，框架结构和打印精度上还不能够满足消费者的需求，这也是现阶段国内做3D打印公司遇到的阻力与挑战。目前3D打印技术在西