毕业设计论文奶油3D打印机设计.docx

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1、摘要糕点行业中的奶油食品属于需求量很大的快速消费品，采用3D打印机打印奶油制品，可以保证产品的加工速度，提高制作精度，实现产品的多元化。本次研究的挤出式奶油3D打印机是一种通过电气控制来实现X、Y、Z三轴运动，奶油挤出的3D打印系统。设计中采用机电一体化的设计思想对该3D打印机系统进行了系统的分析，对其机械结构和控制系统进行了设计。机械设计主要完成执行机构、传动部分的设计计算。为保证精度，选择滚珠丝杠和步进电机作为传动和驱动的方式。对滚珠丝杠轴等主要零件进行设计，计算和校核。电路部分,选用STM32单片机进行控制，通过单片机与步进电机驱动电路，实现步进电机控制。通信电路实现与上位机的数据通讯。

2、显示电路、键盘电路实现人机交互。通过对奶油打印机的系统研究分析，所设计的打印机可以实现给定设计参数要求，能完成对于奶油类产品正常挤出的基本功能，满足设计要求。关键词：3D打印机；步进电机；单片机AbstractThecreamfoodinthepastryindustrybe1ongstothefastconsumergoodswithgreatdemand,andtheprintingofcreamproductswith3Dprintercanguaranteetheprocessingspeedofproducts,improvethemanufacturingaccuracyandre

3、a1izethediversificationofproducts.Thestudyoftheextrusioncream3Dprinterisa3DprintingsystemforextrusionofX,YandZ,whichiscontro11edbye1ectrica1contro1.ThedesignideaofMechatronicsisadoptedinthedesign.The3Dprintersystemisana1yzedsystematica11y,anditsmechanica1structureandcontro1systemaredesigned.Themecha

4、nica1designmain1ycomp1etestheexecutionmechanismandthetransmissionpartdesignca1cu1ation.Inordertoensureaccuracy,ba11screwsandsteppingmotorsarese1ectedasthedriveanddrivemodes.Design,ca1cu1ateandcheckthemainparts,suchasba11screws,shafts,etc.Inthecircuitpart,STM32sing1echipmicrocomputerisusedtocontro1th

5、esteppermotordrivecircuitthroughSing1echipandsteppingmotordrivecircuit.Thecommunicationcircuitimp1ementsdatacommunicationwiththehostcomputer.Thedisp1aycircuitandkeyboardcircuitrea1izehuman-computerinteraction.Throughthesystemresearchandana1ysisofthecreamprinter,thedesignedprintercanachievethedesignr

6、equirementsofthespecifiedparameters,andcancomp1etethebasicfunctionsofthenorma1extrusionofbutterproductstomeetthedesignrequirements.Keywords:3Dprinter；Steppermotor；Sing1echip摘要错误!未定义书签。AbstractII第一部分调研报告11. 1学生、教师简介11.2 调研实证11.3 毕业设计背景21.4 综述31.4.1 3D打印机国内外研究现状31.4.2 调研走访企业的概况31.4.3 市场分析31.4.4 3D打印机关

7、键技术41.5 结论5第二部分可行性论证报告62.1 设计目的62.2 方案论证62.3 最终设计方案82.3.1 工作原理82.3.2 工作流程92.3.3 组成部分92.4 结论10第三部分机械机构的设计113.1 电机的设计计算113.1.1 X方向电机的选择113.1.2 Y方向电机的选择123.1.3 Z方向电机的选择133.1.4 挤出部分电机的选择143.2 联轴器的选择153.3 滚珠丝杠的选择和校核163.3.1 滚珠丝杠的选取与计算163.3.2 丝杠轴的刚度校核183.4 轴承的选择及寿命计算193.4.1 轴承的选择193.4.2 轴承的寿命计算203.5 轴承端盖的选

8、择213.6 挤出部分的选择21第四部分控制系统设计224.1 单片机最小系统的选择224.2 显示电路的选择设计234.3 通讯部分的选择设计254.4 按键部分与电源电路选择设计264.5 电机电路选择设计26结论30致谢31参考文献32CONTENTSAbstract(inChinese)错误!未定义书签。Abstract(inEng1ish)1Part 1 eRresearchPeport11.1 BriefIntroductionofStudentsandTeachers11.2 Empirica1Research11.3 BackgroundofGraduationDesign21

9、.4 Overview31.4.1 Researchstatusof3Dprintersathomeandabroad31.4.2 Surveyandinterviewtheprofi1esofenterprises31.4.3 Marketana1ysis31.4.4 Thekeytechno1ogyof3Dprinter41.5 Conc1usion5Part 2 oFeasibi1ityDemonstrationReport62.1 PurposeofDesign62.2 DemonstrationofScheme62.3 Fina1SchemeofDesign82.3.1 Workin

10、gprincip1e82.3.2 Workf1ow92.3.3 Component92.4 Conc1usion10Part 3 reeDesignofmechanica1mechanism113.1 Designca1cu1ationofmotor113.1.1 Se1ectionofXdirectionmotor113.1.2 Se1ectionofYdirectionmotor123.1.3 Se1ectionofZdirectionmotor133.1.4 Se1ectionofextrusionparts143.2 Se1ectionofcoup1ings153.3 Se1ectio

11、nandcheckingofba11screw163.3.1 Se1ectionandca1cu1ationofba11screw163.3.2 Rigiditycheckof1eadscrewshaft183.4 Bearingse1ectionand1ifeca1cu1ation193.4.1 Bearingse1ection193.4.2 1ifeca1cu1ationofbearings203.5 Se1ectionofbearingendcap213.6 Se1ectionofextrusionparts21Part 4 urContro1systemdesign224.1 Se1e

12、ctionofminimumsystemforsing1echipmicrocomputer224.2 Se1ectiondesignofdisp1aycircuit234.3 Se1ectivedesignofcommunicationsection254.4 Keypartandpowercircuitse1ectiondesign264.5 Motorcircuitse1ectiondesign26Conc1usion30Acknow1edgements31References32第一部分调研报告1.1学生、教师简介1.3毕业设计背景毕业设计题目：奶油3D打印机系统设计3D打印是通过逐层

13、方式的打印来加工的。3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。3D打印技术应用面广，它可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。可以实现个性化制作。不少专家认为，以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印技术将推动第三次工业革命的到来。3D打印技术具有快速制造、降维制造、堆积制造、数字制造等几个方面优势，目前的3D打印技术总体看主要分为:3DP技术、FDM熔融层积成型技术、S1A激光光固化技术、S1S选区激光烧结制造技术等3D打印机技术介绍：3D打印机一般由机械结构系统，单片机控制脉冲系统和三维建模软件系统三大出式

14、3D打印机的设计主要分为这样几个部分。首先是三个自由度上的直线运动，通过步进电机带动滚珠丝杆螺母副实现工作台或挤出头的移动。其次是挤出头部分，也是此设计的重点。此次设计的挤出头类似于单螺杆泵结构，挤出原理是由步进电机经由联轴器带螺杆转动，从而使得腔体里有一个体积差，形成压力差，使得输入的奶油能以一个相对稳定的速度从挤出头里出。另外是工作台部分。工作台是电机分别带动滚珠丝杆螺母副实现XY两个方向的运动。最后就是打印机的主体部分，由立板，支撑板，折板等构成，组成机床的大致框架。由于人的生活水平的不断提高，因此对于创新型产品的需求也在不断地变化着。总喜欢设计出自己想要的东西，而不是商店里某个固定的种

15、类。蛋糕上的奶油是人们日常生活中常见的食品。人们若能根据自己的想法设计出自己想要的图案，也或者写一些有意义的文字。将这些创意应用在奶油3D打印机上，将这些创意打印成型，再将其作为礼物送给别人刈。这无疑将受到大家的青睐。而且设计出的奶油打印机比较轻便，适合于家庭使用，这样就可以在家自己制作各种形状奶油了。3D奶油打印机的出现，不仅预示着一个新的时代，更为大家的生活带来了便利与创新。1.4综述1.4.1 3D打印机国内外研究现状3D食品打印作为3D打印的一部分,其发展状况备受关注。对于所研究的奶油类液体为原材料的产品，国内外都在不断地发展与进行着。在近几年，已经初见成效。早在2013年的时候美国国家航空航天局为改善航天人员饮食水平就开始投资3D奶油类打印机，2015年7月份意大利生产研窕出全世界第一份全3D“打印”冰淇淋，革命性颠覆了冰淇淋的传统造型，甚至还在制作过程中严格控制糖分和热量等营养成分的含量，深受爱美的女性追捧。2015年9月份德国知名的糖果制造商用3D打印技术开启了“神奇糖果工厂”，加热的挤出系统会熔化糖果，变成液体，使其通过注射泵挤出到下