基于解耦并聯(lián)機構的3D打印機結構設計與研究.pdf

1、作為快速成形領域的一種新興技術，3D打印技術綜合了計算機技術、精密機械、材料科學等多種先進技術，使產品大大縮短了加工周期，已被廣泛應用于醫(yī)療、汽車、航空航天等領域。然而目前3D打印設備普遍采用串聯(lián)機構作為執(zhí)行機構，因而存在打印精度差、速度低等問題，給3D打印機的推廣帶來了一定的困難。3D打印機的主體為執(zhí)行機構，因此執(zhí)行機構是影響3D打印質量的關鍵因素之一。為此，本文以3D打印機執(zhí)行機構為出發(fā)點來展開研究，旨在改善現有3D打印設備在本體結

2、構上存在的問題。
　　通過對FDM工藝3D打印機工作機理的分析，闡述3D打印機的運動原理，從結構和功能上指出現有3D打印機執(zhí)行機構的不足之處，總結影響3D打印精度和速度的因素，提出解耦并聯(lián)3D打印機器人的設計方法。對比耦合與解耦并聯(lián)機構的優(yōu)缺點，選取3-CUR解耦并聯(lián)機構作為3D打印機的執(zhí)行機構。
　　對執(zhí)行機構進行運動學分析，得到機構輸入與輸出之間的映射關系，應用機構的輸入輸出微分關系，建立機構輸入輸出的誤差模型，分析機構

3、的定位精度。以靈巧度為指標優(yōu)化機構的運動精度，以打印空間為目標，基于機構參數性能圖譜和遺傳算法優(yōu)化機構參數。
　　采用牛頓歐拉方法建立機構的動力學模型，基于給定軌跡利用Adams軟件對動力學模型進行驗證。在不考慮構件質量的情況下，動力學模型轉化為靜力學模型，利用maple軟件得到機構的靜力全解，利用MATLAB軟件繪制機構各支鏈約束力、力矩在給定工況下的變化曲線，分析機構的受力特性。采用虛設轉動副法，建立動平臺變形與六維外載荷的映