1．目的及意义

3D打印技术又称增材制造，它是一种将材料自下而上逐层叠加的工艺。它将计算机内的CAD三维数据模型逐层切片，分别得到各层的轮廓数据，然后通过有选择地烧结粉末材料，或固化液态树脂，或喷涂粘合剂等打印出每层的轮廓，然后逐层叠加，形成最终设计的模型。美国Wohler协会在2013年分析指出，2012年3D打印设备与服务全球直接产值22.04亿美元，增长率28.6%^[1]。

与传统的车削铸造等制造形式相比，3D打印有以下突出优点： 1、突破了众多传统工艺的设计局限，设计空间无限。2、对于结构复杂的产品，它不会增加制造成本也不会花费更多时间。3、制造出的产品可一次性完成，无需组装，节约大量人力物力。4、时间可控，可按需生产，减少产品库存。5、相比传统制造，设计的产品多样化。6、对于工匠，无需太多操作技能和长期经验^[2]。目前，3D打印技术主要有以下几种：立体光刻成型法（SL）^[3]、熔融沉积成型法（FDM）^[4]、选择性激光烧结成型法（SLS）^[5]、立体喷墨打印法（3DP）^[6]、激光选区熔化成型法（SLM）^[7]等，其中，相比其他技术，FDM技术使用成本低，对环境限制较少，原材料易于更换和搬运，容易操作和维护，用户普及率最高，也是此次我们选择的方法。3D打印得材料有：1、金属材料——不锈钢、高温合金、镁铝合金、钛合金等，打印得产品有良好得力学性能和导电性能，但价格十分昂贵，1kg钛合金粉末大约200~400美金。2、聚合物——ABS、PLA、EP等，他们各项性能良好，价格也不高。3、陶瓷，可以用来制作精美得炊具。4、复合材料，性能优越，可用于航空航天，医疗和国防方面。^[8]

3D打印技术的核心是成型装备。目前，美国、德国、日本在该方面技术比较成熟，在设备拥有量上，美国占全球38%，排名第一，中国占9%，继日本和德国排名第四。美国的3D systems公司生产的SLA设备在国际市场占有比例最大，其最新Viper Pro System型号的SLA设备，最大成型尺寸可达1500mm×750mm×550mm，日本的DENKEN工程公司和AUTOSTRADE公司用680nm左右波长的半导体激光器作为光源取代SLA设备使用的紫外光源，大大降低了SLA设备的成本。在SLS技术方面，德国EOS公司和美国3D Systems公司研制的设备成型精度已经可达0.1mm-0.2mm^[9]。在3D打印技术方面，耗材是目前制约3D打印发展的主要因素，可适用特定场合的特定可打印材料的寻找是3D打印普遍存在的挑战之一，在这方面，以色列的Objet公司贡献卓越，该公司为Connex多材料系列打印机研制了39种新的“数字材料”，可供选择的基本材料多达107种，这些“数字材料”均由基本材料复合而成，在强度，硬度，韧性，刚度及质地方面，其性能各异，这使得工程师可以较准确模拟打印的产品的材料性能。此外，现在3D打印对于金属材料的寻找尤为迫切，如不锈钢，工具钢，钛合金等，这些技术目前尚未完全突破^[10]。我国对于3D打印的研究始于20世纪90年代初期，成功研制了使用氨镉气体激光器的LPS系列和使用Nd：YVO4半导体泵浦紫外固体激光器的SPS系列SLA设备。2001年，又研制出HLPS250型高分辨率SLA设备，成型精度达0.01mm。2005年，华中科技大学研制出可应用于金属、陶瓷、高分子、覆膜砂等功能材料的3D打印设备，其成型台面可达500mm，性能接近国外先进水平。后来，武汉华科三维科技有限公司研制了世界最大工作台面的SLS设备，可达1000mm×1200mm×1400mm，为一些大型装备制件提供了技术支撑^[9]。自20世纪中期机器人诞生以来，模块化的机械臂技术已日趋成熟，因为它的灵活性和精确性，使其完美运用于3D打印机上^[11]。目前，3D打印机的主要形式有笛卡尔坐标系式，三角结构形式和机械臂式，机械臂式的主要优点在于它结构紧凑，动作灵活，定位精度高，速度快，而且，其工空间甚至可以超过其自身体积大小^[12]。当然，3D打印还存在许多常见的故障和需要克服的问题，Bell在Maintaining and Troubleshooting Your3D Printer一书中详细介绍了设计制造一台3D打印机会面临的困难和问题和可供解决的方案^[13]。

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2. 研究的基本内容与方案

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基本内容

2.1结构的初步设计

2.1.1确定基本参数