使用3D打印技术打印汽车方案.docx

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1、材料科学与工程学院材料制造数字化技术基础课程论文课程题目：汽车车身3D打印系统方案设计作者姓名：蒋沐阳班级：F1205101学号：5120519012成果评定:书目摘要1第一章：课题背景21.1 3D打印技术概述21.2 3D打印的国内外技术现状31.2.1 3D打印技术在国际上的发呈现状31.2.2 3D打印技术在国内的发呈现状4其次章：系统总体设计方案62.1 设计目标62.2 设计思路61 .耗材选择62 .打印系统概述61 .ST1.切片模型的构建流程设计84,温度限制回路系统的设计95 .喷头移动、XYZ方向限制设计101.2 3系统特点及设计可行性分析11第三章：3D打印表面成型质

2、量和:精度的检测和限制121.3 1限制30打印成品质量的方法123.2 表面粗糙度检测方法123.3 信号采集方法133.4 滤波和信号处理方式133.5 表面粗糙度检测的限制方式14第四章:预期创新点、关键技术及其解决方案154.1 预期创新点154.2 关键技术154.3 解决方案15第五章:结论15参考文献：16摘要:3D打印技术是快速打印技术的一种.是当今科学界最为炙手可热的探讨对盘之一,称是第三次工业革命的带头技术。本文从3D打印的前世今生说起，简略地概括了3D打卬的历史与定义，描述了几种基本的3D打印方法.并且阐述了3D打印在目前的几种应用领域，同时,也大致分析了一下3D打印在目

3、前的国际和国内的发呈现状.本文的亮点在于描述种运用3D打印技术洌造汽车车身的方案，方案涵薪了材料选择、打印系统的设计、基于ST1.模型的切片模型的构建、基于PID限制的湿控回路的设计以及机械传动的设计,具体地描述了各步骤的要点,绘制了各步骤的框图.之后，本文讲好并描述了一些影响3D打印表面成型质址的因素.介绍了一种检测模型衣面粗糙程度的方法：光散射法检测技术，通过信号采集、谑波方式和信号处理方法讲解并描述了燃量信号的运用方法。最终,本文也总结了一线本方案的不足之处。关雄词：3D打卬汽车乍身FDM技术切片法PID飙制光侬射法检测第一章：课题背景人类的历史，就是一部不断挑战自然、独创新技术以改善生

4、活的故事.从持续几万年的石器时代，到斗争的炮火袋开科技大爆炸的种子：从蒸汽机为第一次工业革命吹响号角，到福特汽车流水线上滚滚的长龙。而今距离现代社会的开端仅仅儿卜年,我们早已沉醉在信息化社会的海洋中.美国著名的经济学家里弗金.早在28年的一本著作第三次工业革命中便写道，以伯息、能源、制造、营销、物流的民主化为主要支撵的第三次工业革命已经到来。在这个新的工业时代中，新悭源将会和互联网紧密相连，产生分布式的能源网络，而3。打印技术，将以其简洁、快捷、廉价的特性为人们实现个人自主制造，即制造的民主化，从而极大地提升我们的社会生产效率。1.1 30打印技术逑3D打印(ThreeDimensionPri

5、nting),顾名思义,就是像将文字打卬到平面册张上快速原型/零件制造(RaPidPrOtOtyPingyManUfaaory)等等出要运用3D技术来打印一个物体，首先电脑里应当存在一个数字模型，这个模里可以运用计算机协助设计(CAD)或是其他制作3D模型的软件来完成.也可以运用3D扫描仪来扫描一个真实存在的物体来花得.之后,3D打印机的软件会将这个数字模型转化为切片模型，即将它以模拟的方式切割成很多薄层，在3D打印机的工作渝程中，切片模型被转化为打印头的行走轨迹，通过一些特定的材料可以通过物体的形式一层一层地林确打卬出来，H至完成一个完整的3D物体.3D打印干脆将虚拟的数字化实体模型转变为产

6、品.极大的简化了生产的漉程，使得生产随意困难结构零部件的生产成为可能，也是实现材料微观组织结构和性能的可设计的正要技术手段.3D打印是一种枳累成型的成型方式，其基础步骤包括了构造三维模型、三维模里的切片与曲面的近似、薄层打印与比加.打印后打磨等后处理流程等过程(见图1).如今已经有十几种切实可行的3D打印技术，不过，几乎全部的技术都基于3种基本方法.网在第种方法中，3D打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料，最常地的方法即为不断挤压流出热型性材料，这种材料能够在肉开喷头的时候快速凝固成型.这里的材料可以是溶化的金属.也可以是奶酪、巧克力等食品原料.甚至还可以是液态混凝土.想象一下运用3D

7、打印技术将一整栋楼打印出来的场景吧.其次种方法运用的是感光性树脂，顾名忠义，这种液体在暴露于激光或是其他光源中时公发生光数合反应而固化，3D打印机先是依据打卬系统生成的路径进行扫描，喷射出个单独的液体层与托板相粘结.然后招托板下降一层的距离,同时运用光线将液体固化,这时帔.生成的其次层液体贱货坚固地粘结在第一层固体之上，如此类推，直至整个，件打印完华。笫三种方法，3D打印硬件通过逐层粘合一些精细的材料粉末来制作模型。材料高血熔化成液态后,通过喷畴挤压出特别细小的球状颗粒.再喷出后，这些颗粒粉末会很快固化.从而在立体空间中紧密地组合排列成实物.这种技术精度特别高,强度也很可观，但是成型之后衣面粗

8、糙度有待处理，的若科技的完善与发展,3D打印技术的应用前班也越来越广袤.它可以用于改善产品设计：相比于传统的模型制造方法，3D打印无疑更为便捷快速且与计豫机图形更为贴合相近，通过对计算机的3D模型的模拟，设计者可以很便利地找出设计早.现在实物中的各方各面的缺陷所在。举个例子来说，缶送F1.军队自从1988年以来便始终运用3D打印技术生产赛车零件原型从而测试器车设计的空气动力性能.它也可以用于打印模具,转变传统的生产方式：传统的生产过程须要的夹月、模具等在制造过程中都费时旦昂贵，但是运用3D打印可以节约大收的金钱与时间。比如，在3D砂模铸造模型的过程中，3D打印技术干腌在络化的金属中打卬铸造模型

9、,可以节约70%的总生产时间,同时也旎实现更高的精度和更困难的模具创建.3D打印最广泛的应用在于它可以干脆参与数字化制造，印制造出最终的产处或部分的零件。它可以在不断开项链的状况下将它打印出来，也可以干腌打印出一整套变速箱中的各种运转零件，从而绕开加装的环节。当然,这一切的一切都正在随着科技的进步不断发展.信任在将来,我们还能够看到3D打印机干脆将一整架商业客机打印出来呢.is1：-4i3o打卬技木的工1.2 30打印的国内外技术现状1.2.1 30打印技术在原上的发E状从上世纪八十年头，3D打印技术的萌芽到如今，羟过数十年的探究和发展，3D打印技术有了长足的IS步，目前已经能师在0.01mm

10、的单层风度上实现600dpi的精细辨别率。国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂克速率，并可实现24位色调的彩色打印,在全球3D打印机行业.美国3DSystems和Stratasys两家公司的产品占捏了绝大多数市场份额.此外,在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的FabgHome41Shapeways,英国的RePraP等.3DSystems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司，于2011年11月收购了3D打印技术的最早独创者和最初专利拥有者ZCorporation公司之后，3DSystems奠定了在3D打印领域的龙头地位.当前，国际3D打印机制造业正处于快速的兼

11、并与整合过程中,行业巨头正在加速崛起.目前,在欧美发达国家.3D打印技术已经初步形成了胜利的商用模式（行业分布见图2）.如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成困难而精细的造型,网W.*1*fc建艮Vez图2:金球3D打印技衣什生分布手：I8国3:3。打印政备孰宠国域分布E8在汽车到通方面，早在2010年年初,世界首款3D打印汽车Urbee便在美国面世。作为一款绝大部分零部件都是3D打印产物的混合动力汽车.它的造价为5万美元.虽然外形比较猎奇，技术也不够成熟,但这也给3D打印汽车的进程开了个好头.在最近几年里，3D打印技术在汽

12、车领域得到了很大的发展。参与2012年世界赛车锦标赛的BMWMINICountryman下队在那时就起先与站在汽*技术最前沿的Prodrive公司合作，从最起先的车手显示屏,到空气动力学传感潺外光,再扩散到几乎整辆赛车：发动机进气口、奏车顶部变流片等等,都在30打印技术中得到了应用.现在,汽车中有100多个部件都可以运用3D打印技术生产出来，运用3。打印或者其他增材制造方式可以有效削M零部件从供应商到组装商的运输成本，时汽车制造厂商来说无疑是很大的便利，1.2.2 30打印技术在B1.内的发量现状从上世纪90年头起先，国内的很多高校就降接连续抱起先了3D打印的研发。清华商校在现代成型学理论、分

13、层实体制造、FDM工艺等方面都有肯定的科研优势：华中科技高校在分层实体制造之方面有优咻并已推出了HRP系列成型机和成型材料：西安交通高校自主研制了爆打印机喷头,并开发了光固化成型系统及相应成型材料.但是总体而古，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距（咒近年来，国内如深圳维示奈克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了30打印机的整机生产和销杵,这些企业共同的特点是H1.海外归国团队建立.规模较小,产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端.同时，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还原以满意商用的需求,技术水平行将进一步提升,在服务领域.我国东部发达城市

14、已普遍行企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务,其服务莅圉涉及到模具制作、样品制作、协助设计、文物及原等多个翼域。与内地相比，我国港台地区3D打印技术引入起步较早,应用更为广泛,但港台主要若费于技术应用,而作自主研发。而在汽车产业中，包括奇瑞汽车、长安福特、东风汽车公司等我国的汽车企业及其零部件配套生产企业在研发和制作缸体、缸鼓、变速器齿轮等产品过程中也己经起先运用3D打印技术，可以百到，无论是国外的车企还是国内的这些生产厂商，普遍更为青睐运用3D打印技术来生产汽车的零部件.而非符汽车将辆打印出来.缘由大致有以下几方向：首先.3D打印技术如今的应用尚不成熟,Urbee作为第一辆大部

15、分车身都来自3D打印的汽车，耗时近三个月，造价相比传统汽车也庖无优势，其次，世界上传统的车企如今已经形成了一条稳定的零部件产业输送链，而作为新兴的产业，3D制造技术还没有拥有一条他定牢猫的物流冏络作为大批量生产的媒介.所以.假如不能峪解决成本与物流的同遨的话.3D打印汽车只能是试验室的新版玩意儿,怕任1.着时间的推动，3D打印汽车的产业可以蓬勃地发展.那么，3D打印技术会不会沉没在历史的洪流圾呢？这点我们倒不用担忧，3D打印出的汽车更具有模块化，无论是修理还是址装都相比传统汽车要便拄很多，它的普及也只是时间问题了.(85:仕齐甘状30打印汽UrMc其次章：系统总体设计方案2.1 设计目标运用3D打印技术,选取适当的材料,设计出一套简洁快徒的车体打印系统.用户可以运用自己的CAD模型通过软件转化为ST1.文件进行打印.该套系统对于工作环境以及打印设施没有苛刻的需求,打印出的车身务求光滑、复合动力学特征。在可能发生的交通少故中，削减因为应力集中或者材料枳累不当造成的车