3D打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

--WORD格式--可編輯--HarbinInstituteofTechnology課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程名稱：自動(dòng)控制元件及線路設(shè)計(jì)題目：3D打印機(jī)的研究與設(shè)計(jì)方案 院系：航天學(xué)院自動(dòng)化 班級(jí)：1104104 設(shè)計(jì)者： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師: 設(shè)計(jì)時(shí)間：10.15--12.22 哈爾濱工業(yè)大學(xué)

摘要本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)2D打印機(jī)的了解和對(duì)電機(jī)傳感器的認(rèn)識(shí)，通過(guò)類比和分析來(lái)初步設(shè)計(jì)3D打印機(jī)。本文主要內(nèi)容為電機(jī)類型，型號(hào)選擇及參數(shù)的測(cè)算，并且應(yīng)用了PWM控制等數(shù)字信號(hào)在電機(jī)控制中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。比較了不同種類傳感器的優(yōu)劣，選出了對(duì)比優(yōu)化方案及元件。利用控制理論實(shí)現(xiàn)了3維定位和實(shí)現(xiàn)打印功能，給出初步設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)、傳感器、3D、定位控制系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理器一、國(guó)內(nèi)外在該方面的研究現(xiàn)狀分析及研究的目的意義1、現(xiàn)狀及研究意義：3D打印快速成型技術(shù)實(shí)質(zhì)是“快速成型技術(shù)”，也被稱為“增量技術(shù)”、“增材技術(shù)”，是傳統(tǒng)制造技術(shù)與新材料的完美結(jié)合，并且將帶動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)、新材料、精益制造等多個(gè)領(lǐng)域顛覆性的改變。3D打印技術(shù)作為目前最具有生命力的快速成型技術(shù)之一，適用于家用電器、辦公室用品、建筑模型、醫(yī)學(xué)模型等領(lǐng)域的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空航天等軍事領(lǐng)域和大型復(fù)雜構(gòu)件的一次成型制造，在國(guó)外，3D打印機(jī)已經(jīng)商品化。作為一種經(jīng)濟(jì)型快速成型技術(shù)，綜合應(yīng)用了CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù),光化學(xué)以及材料科學(xué)等緒多方面的技術(shù)和知識(shí)，讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療用品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)者，第一時(shí)間方便輕松的獲得全彩色實(shí)物模型，便于重新修定CAD設(shè)計(jì)模型,從而節(jié)省了為錯(cuò)誤設(shè)計(jì)制造工藝裝備的費(fèi)用,并節(jié)省了研制時(shí)間。它具有成本低、系統(tǒng)可靠性高，設(shè)備體積小、噪聲小、成型速度快、產(chǎn)品材料與顏色可多樣化等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢(shì)：通過(guò)摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；大幅減少了材料浪費(fèi)。具有巨大的應(yīng)用潛能和廣闊的市場(chǎng)前景。 當(dāng)下，我國(guó)的3D打印技術(shù)還處于起步階段，3D打印技術(shù)基本由大學(xué)和一些小企業(yè)在做研究，尚未有成品出現(xiàn)，在軟件和材料方面相對(duì)落后，但是，就在2012年10月17日，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)成立，這就意味著中國(guó)開(kāi)始越來(lái)越重視該技術(shù)。因此，開(kāi)展三維打印快速成型機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題通過(guò)對(duì)該機(jī)械系統(tǒng)的研究，探索并深入了解電機(jī)，傳感器及反饋系統(tǒng)，達(dá)到加深對(duì)課內(nèi)知識(shí)的理解的目的，并利用控制理論實(shí)現(xiàn)了3維定位和實(shí)現(xiàn)打印功能，給出初步設(shè)計(jì)方案。。 2、基本原理：每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可得到模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。任務(wù)分析確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能：設(shè)計(jì)一個(gè)3D打印機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)用熱能加熱熔融材料，并從噴頭噴出，逐層堆積出模型。由3D打印機(jī)的基本原理我們分析其功能需求大致有:分層軟件、疊加粘貼、輸入圖形、定位監(jiān)測(cè)等。3D打印與2D打印相同之處在于，其都是采用逐漸掃描，掃描完畢再輸出的設(shè)備。2、性能指標(biāo)：（1）.溫度范圍：儲(chǔ)存溫度：0-32℃工作溫度：15-32℃（2）.工作空間速度尺寸（cm）最大工作長(zhǎng)（寬）度30最大工作高度38打印速度精度：定位精度：x、y軸0.011mm，z軸0.0025mm打印速度：4s/層每層厚度:0.18mm噴嘴直徑：0.4mm運(yùn)動(dòng)軸速度：40mm/s三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：主要分為三大部分，一為電機(jī)控制位移系統(tǒng)，二為傳感反饋系統(tǒng)，三為電源系統(tǒng)。電機(jī)控制分為驅(qū)動(dòng)噴頭和控制位移兩大部分。傳感反饋分為位置傳感器、溫濕度傳感和壓力傳感器。機(jī)械結(jié)構(gòu)X軸機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu);Y軸機(jī)構(gòu)選用光杠-同步齒形帶機(jī)構(gòu);Z軸機(jī)構(gòu)選用兩副光杠-絲杠機(jī)構(gòu)；鋪粉輥機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)圖2位移快速定位系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，普遍采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)部件。步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。高精度的位置控制常采用全閉環(huán)控制。然而全閉環(huán)位置控制不僅需要高精度的位置檢測(cè)裝置，而且控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含非線性環(huán)節(jié)導(dǎo)致控制系統(tǒng)模型復(fù)雜化，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性。1.選擇電機(jī)：電動(dòng)機(jī)型式、電壓與轉(zhuǎn)速的選擇（1）根據(jù)電機(jī)啟動(dòng)頻率，有無(wú)調(diào)速要求選擇是使用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)；（2）選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓的大??；（3）根據(jù)轉(zhuǎn)速要求及傳動(dòng)設(shè)備的質(zhì)量選取它的額定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；（4）由生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率大小來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后選擇與要求相符的電動(dòng)機(jī)。b.幾種電機(jī)的參數(shù)性能比較：步進(jìn)電機(jī)直流電機(jī)伺服電機(jī)力矩和速度在低速下滿轉(zhuǎn)矩，速度增加轉(zhuǎn)矩明顯下降在速度增大的情況下，轉(zhuǎn)矩變化很小幾乎線性化的力、速度曲線動(dòng)態(tài)特性（速度和加速度）小小良好的加速度特性，高速穩(wěn)定性加速的時(shí)候固定平率的振動(dòng)會(huì)引發(fā)問(wèn)題，細(xì)分控制可減少此類問(wèn)題整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)平滑、安靜運(yùn)動(dòng)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)位置；自然力矩保持位置穩(wěn)；開(kāi)環(huán)控制下，如果過(guò)載或者超速，目標(biāo)位置無(wú)法達(dá)到通過(guò)閉環(huán)控制達(dá)到目標(biāo)位置（有未知錯(cuò)誤糾正功能）；PID整定不正確的情況下，糾正位置錯(cuò)誤；可能出現(xiàn)位置超出或持續(xù)誤差更高速度、更小步距、無(wú)后沖。表5.1.1各電機(jī)參數(shù)性能比較我們主要對(duì)比了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的性能參數(shù)：1、控制精度不同。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高，伺服電機(jī)取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同；一個(gè)是開(kāi)環(huán)控制，一個(gè)是閉環(huán)控制。3、低頻特性不同；步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)它工作在低速時(shí)一般采用阻尼技術(shù)或細(xì)分技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)便于系統(tǒng)調(diào)整。4、矩頻特性不同；步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降，交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出。5、過(guò)載能力不同；步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力，而交流電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。6、運(yùn)行性能不同；步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。7、速度響應(yīng)性能不同；步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。從性能角度出發(fā)，通過(guò)以下幾方面的考慮我們選擇使用方案一的步進(jìn)電機(jī)：將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度；2.可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；3.同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的；4.可以精確地到達(dá)目標(biāo)位置，精度相比直流無(wú)刷電機(jī)更加高，開(kāi)環(huán)便于控制；5.使用細(xì)分功率放大器并使用高輸入信號(hào)頻率可基本消除共振現(xiàn)象。綜上所述，步進(jìn)電機(jī)不需要反饋信號(hào)，就可以對(duì)系統(tǒng)的位置、速度輸出直接控制，而且價(jià)格較為便宜，雖然打印速度不快，而我們所做的3D打印機(jī)并不要求高速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。使用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)正滿足我們所設(shè)計(jì)的電機(jī)的要求，雖然步進(jìn)電機(jī)存在‘失步’以及自身振蕩等缺點(diǎn)，但是由于他無(wú)位置誤差積累的優(yōu)點(diǎn)，使它在控制各軸運(yùn)動(dòng)定位時(shí)能夠避免產(chǎn)生較大的誤差，從而可以精確地到達(dá)目標(biāo)位置，精度相比其他種類電機(jī)更加高，開(kāi)環(huán)便于控制。而且，在此選擇使用細(xì)分功放并使用高輸入信號(hào)頻率可有效降低共振現(xiàn)象。因控制器具有采樣周期的時(shí)間限制，當(dāng)升速率較高時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速容易穿越開(kāi)關(guān)線，形成極限環(huán)，造成系統(tǒng)振蕩，無(wú)法正常工作。針對(duì)上述情況步進(jìn)電機(jī)快速準(zhǔn)確定位系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)快速準(zhǔn)確定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，由位置補(bǔ)償表、位置控制器、升降速控制器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)速及位置檢測(cè)器和轉(zhuǎn)速反饋及失步檢測(cè)器等功能模塊組成。上位機(jī)向步進(jìn)電機(jī)定位系統(tǒng)下達(dá)位置指令X0控制器根據(jù)起始位置、目標(biāo)位置和轉(zhuǎn)向查找位置補(bǔ)償表得到補(bǔ)償位置?X，形成實(shí)際位置指令Xs，進(jìn)而得到位置偏差e，位置控制器根據(jù)偏差e和步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速nf發(fā)出轉(zhuǎn)速指令ns，再由升降速控制器按照一定的規(guī)律計(jì)算出當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，之后由信號(hào)轉(zhuǎn)換器解析為轉(zhuǎn)向信號(hào)dir和脈沖信號(hào)cp,控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，使步進(jìn)電機(jī)以一定規(guī)律的速度到達(dá)指令位置X0。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)指令位置X0時(shí)，位置控制器必須使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降為可停車轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確定位控制的要求。3D打印機(jī)在功能上與2D不同的即為增加了一個(gè)維度上的控制。對(duì)于如何增加z軸的控制，我們做了如下分析：一種方案為，采取噴嘴直接噴熱固性塑料在加熱底板上，在噴嘴處有一電機(jī)控制噴嘴高度，高度一點(diǎn)一點(diǎn)增加，即可慢慢打印出想要的樣品。另一種方案為，采用原料與黏膠分別放置的辦法，采用滾桶將原料槽升起所供應(yīng)的原料顆粒推至加工平面，然后采用噴嘴直接噴灑黏膠在所需面積上，每加工完一層，加工平面即下降一層的高度以容納下一層，直至樣品打印結(jié)束。另外結(jié)構(gòu)上，我們還參考借鑒已經(jīng)成型的DeltaRobot的工作方式（如圖1），使用如下的三縱軸3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)。該打印機(jī)與傳統(tǒng)3D打印機(jī)有所不同，關(guān)鍵在于對(duì)打印點(diǎn)的定位方式。傳統(tǒng)的3D打印機(jī)采用自然坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸定義，在X,Y,Z三個(gè)維度上都采用螺桿絲杠傳動(dòng),用電機(jī)帶動(dòng)絲杠從而對(duì)噴頭進(jìn)行控制與定位。而RostockMAX采用的是三傾斜桿與噴頭的二自由度連接，通過(guò)控制三個(gè)傾斜桿頂端的滑塊移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭在工作區(qū)域的定位。圖1.DeltaRobot在第一種中，x,y,z軸均在噴嘴處控制，而第二種中對(duì)于噴嘴而言，加工平面高度是不變的，由加工平面下的電機(jī)來(lái)不斷調(diào)整z軸的高度。第一種的優(yōu)勢(shì)在于，想法簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但其缺點(diǎn)在于，如要打印空腔型的物體（譬如收口很小的高腳杯）則無(wú)法打印。而第二種可以打印出空腔型物體。由于第二種可以采用顆粒支撐內(nèi)部所以可以實(shí)現(xiàn)。并且第二種的廢料不存在浪費(fèi)，完全可以繼續(xù)裝填回原料槽，也符合了環(huán)保的理念。我們選擇了第二種方案。執(zhí)行元件包括步進(jìn)電機(jī)、噴膠噴頭和加熱器。工作流程先建立預(yù)加工的計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型,結(jié)合CAD、CAM將其以彩色STL、ply、wrl等數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ),之后采用彩色三維模型切片軟件對(duì)該彩色三維模型進(jìn)行切片分層,得到一系列具有色彩信息的二維切片,再進(jìn)行切片光柵圖像處理RIP分析,獲得每層的加工信息。然后進(jìn)行以下步驟：1、采集粉末原料;2、將粉末鋪平到打印區(qū)域;3、打印機(jī)噴頭在模型橫截面定位,噴豁結(jié)劑;4、送粉活塞上升一層,實(shí)體模型下降一層以繼續(xù)打印;5、重復(fù)上述過(guò)程直至模型打印完畢三維打印法采用了與噴墨打印機(jī)類似的技術(shù),首先鋪粉機(jī)構(gòu)在加工平臺(tái)上精確地鋪上一薄層粉末材料,噴頭在每一層鋪好的粉末材料上有選擇地噴射粘合劑,噴有粘合劑的地方材料被粘結(jié)在一起,其它地方仍為粉末。做完一層,加工平臺(tái)自動(dòng)下降一個(gè)截面層的高度,儲(chǔ)料桶上升一個(gè)截面層的高度,滾桶由升高了的儲(chǔ)料桶上方把粉末推至工作平臺(tái),并把粉末推平,再噴粘結(jié)劑,如此循環(huán)直到把一個(gè)零件的所有層打印完畢,然后把未固化的粉末清理掉,最后進(jìn)行燒結(jié),即可得到一個(gè)三維實(shí)物原型。X,Y軸(打印機(jī))組成平面掃描運(yùn)動(dòng)框架,由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制噴頭的掃描運(yùn)動(dòng);Z軸由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制工作臺(tái)(供粉缸、成型缸)作垂直于XY平面的運(yùn)動(dòng)。打印機(jī)構(gòu)幾乎不受載荷,但運(yùn)動(dòng)速度較高,具有運(yùn)動(dòng)的慣性,因此應(yīng)具有良好的隨動(dòng)性。Z軸應(yīng)具備一定的承載能力和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。因此,在本系統(tǒng)中,X軸機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu);Y軸機(jī)構(gòu)選用光杠-同步齒形帶機(jī)構(gòu);Z軸機(jī)構(gòu)選用兩副光杠-絲杠機(jī)構(gòu),由兩個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)送粉缸和成型缸內(nèi)的活塞作垂直于XY平面的運(yùn)動(dòng)。鋪粉輥機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)軌-同步齒形帶機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)成型粉末材料的鋪平和壓實(shí)功能。綜上所述：共有5個(gè)電機(jī)需要選擇。X，Y軸的兩個(gè)電機(jī)：方案一對(duì)于X,Y軸，要實(shí)現(xiàn)輪廓掃描，需要較高的運(yùn)行速度和定位精度，因此選擇絲杠--圓導(dǎo)軌這種運(yùn)動(dòng)方案，同時(shí)也能滿足驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)需一定承載能力的要求，由于橫向移動(dòng)走絲精度要求較高,考慮到無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)論是在調(diào)速精度、力矩波動(dòng)大小方面還是在輸出力矩大小方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)所以選擇無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。計(jì)算選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào):通過(guò)分析得到噴頭的質(zhì)量m約為1kg;根據(jù)要求繞絲小車橫向移動(dòng)速度v為0～60m/min;導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)μ約為0.2，=F·v,F=m·g·μ,把m、g、μ、v代入公式得,=1.96W;由于采用雙圓柱形導(dǎo)軌,故電動(dòng)機(jī)所需功率P為=2/n;從電動(dòng)機(jī)到轉(zhuǎn)軸之間的傳動(dòng)裝置的總效率為:=·，查得軸承效率=0.99,帶輪效率=0.98,即:=0.99×0.98=0.9702,=2/=2×1.96/0.9702=4.04W;選取電動(dòng)機(jī)額定功率,使=2.5(1～3)，取=2.5=10W,所以根據(jù)文獻(xiàn)[5]表6-3,電機(jī)選用直流無(wú)刷電機(jī)45ZWN60-2430,其具體參數(shù)如下：方案二選用的X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)都是MakerBotNema17，其具體參數(shù)指標(biāo)如下表：NEMA型號(hào)17保持扭矩（標(biāo)準(zhǔn)單位）43oz-in保持扭矩（公制單位）0.3N-m每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)3000RPM步進(jìn)角1.8?測(cè)角精度±3%單/雙軸單軸繞組型式（WindingType）4線并行相電阻（PhaseResistance）5.25Ohm相電流（PhaseCurrent）1A電感7.7mH物理標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度42.7mm寬度42.7mm高度35.1mm最低操作溫度-20°C最高操作溫度40°C軸直徑8mm其價(jià)格在500到700元不等。Z軸所選用的電機(jī)為MoonsleadscrewNema17步進(jìn)電機(jī)：圖中四線為電機(jī)繞組。型號(hào)leadscrewNema1步進(jìn)角1.8?測(cè)角精度±3%螺桿長(zhǎng)徑比0-100mm支撐軸單軸或者雙軸相位2保持扭矩（標(biāo)準(zhǔn)單位）63oz-in保持扭矩（公制單位）0.44N-m每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)3000RPM單/雙軸單軸繞組型式（WindingType）4線并行相電阻（PhaseResistance）5.25Ω相電流（PhaseCurrent）1A電感（inductance）7.7mH物理標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度42.7mm寬度42.7mm高度35.1mm最低操作溫度-10°C最高操作溫度50°C軸直徑8mm其價(jià)格在650到800元之間。鋪粉電機(jī)：鋪粉電機(jī)運(yùn)動(dòng)只需要控制電機(jī)的起停和設(shè)定轉(zhuǎn)速，用普通直流電機(jī)即可滿足要求。通過(guò)鋪粉輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)，將粉末材料從儲(chǔ)粉腔添加到成型腔，同時(shí)壓實(shí)粉末，平整粉末表面。鋪粉輥筒的在粉末平面的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與鋪粉輥筒的平動(dòng)方向相同，通過(guò)輥筒的轉(zhuǎn)動(dòng)將輥筒前面堆積的多余粉末卷起，讓粉末材料翻滾前進(jìn)，減小了粉末與已打印的截面層之間的摩擦力。為減小對(duì)模型Y向尺寸精度的影響，鋪粉輥筒平動(dòng)的速度不宜過(guò)快。系統(tǒng)中鋪粉輥筒采用外徑為20mm的不銹鋼管精密磨制，表面光滑，且不易腐蝕。轉(zhuǎn)速200r/min，平動(dòng)速度為0.2m/s時(shí)成型質(zhì)量和效率較為滿意。對(duì)具有微小結(jié)構(gòu)的部件，可以適當(dāng)降低轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)速度。設(shè)輥筒與平面之間摩擦系數(shù)為0.4，輥筒質(zhì)量記為0.5kg，則可計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：功率計(jì)算如下：=Fv=μmg*v=0.2*2=0.4W機(jī)械傳動(dòng)部分效率較低估計(jì)為0.6，減速器效率估計(jì)為0.8=·=0.6*0.8=0.48所以電機(jī)功率=2.08(1～3)，取=2.5=1W根據(jù)計(jì)算所得，我們選擇以下型號(hào)的永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)20SY01儲(chǔ)料室電機(jī)及成型室電機(jī)：根據(jù)要求，選用公稱直徑16mm，螺距4mm的絲杠時(shí)，x，y，z軸方向變化0.01mm，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度a為：a=360o×0.01÷4=0.9o所以x，y軸電機(jī)只要滿足步距角α≤0.9o即可代入數(shù)據(jù)得：如果采用自啟動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)1秒鐘，則驅(qū)動(dòng)脈沖速度這樣計(jì)算：1800[Pulse]/1[sec]=1.8[kHz]但是，自啟動(dòng)速度不可能是1.8kHz，應(yīng)該采用加/減速運(yùn)行方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖。如果加/減速時(shí)間設(shè)置為定位時(shí)間的25%，啟動(dòng)脈沖速度為500[Hz]，則計(jì)算方法如下：驅(qū)動(dòng)脈沖速度[Hz]＝1800[脈沖]－500[Hz]×0.25[秒]1[秒]－0.25[秒]＝2.23[kHz]如果是水平方向負(fù)載，則滾軸絲桿驅(qū)動(dòng)負(fù)載，效率為90%，負(fù)載重量為3千克，則負(fù)載力矩的計(jì)算方法如下：=3[kg]×0.18[mm]10*2π×0.9×10.1＝9.55[N·cm]因?yàn)槭谴怪狈较虻呢?fù)載，則力矩應(yīng)該是此結(jié)果的2倍，而且此結(jié)果僅包括負(fù)載力矩，電機(jī)的總負(fù)載還應(yīng)該包括加/減速力矩，但是，計(jì)算中很難得到準(zhǔn)確的負(fù)載慣性慣量，因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在實(shí)際計(jì)算負(fù)載力矩的時(shí)候，特別是自啟動(dòng)或需要迅速加/減速的情況，我們應(yīng)該在此基礎(chǔ)上再乘以一個(gè)安全系數(shù)。=2**ε=2*0.0955*1.2=0.23[N·m]根據(jù)計(jì)算及以下電機(jī)參數(shù)，我們選擇42BYG250B-0151兩相混合步進(jìn)電機(jī)。四、執(zhí)行元件執(zhí)行元件包括步進(jìn)電機(jī)、噴膠噴頭和加熱器。噴膠噴頭選擇：方案一由日本精工電子集團(tuán)所生產(chǎn)，精工最先是在生產(chǎn)精密鐘表方面在全世界家喻戶曉，如今在生產(chǎn)集裝壓電式噴頭方面就已經(jīng)具備相當(dāng)雄厚的實(shí)力與基礎(chǔ)，穩(wěn)定性方面就如其生產(chǎn)的精工表一樣品質(zhì)超眾.SPT噴頭在綜合以往所有噴頭的性能優(yōu)點(diǎn)最終設(shè)計(jì)而成，在集中以往優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)另外還主要體現(xiàn)在：

a.主要表現(xiàn)為全不銹鋼設(shè)計(jì),具備超強(qiáng)的耐壽命,每只噴頭的管道為510個(gè).

b.噴頭電壓可隨溫度變化而變化,因此能夠以往其他噴頭因溫度等外界因素造成的斷墨煩惱.

c.其噴頭的數(shù)據(jù)端口能夠適應(yīng)不同的打印軟件,并且打印濃度也比以往噴頭更恃?

d.能夠采用多種模式生產(chǎn),墨點(diǎn)顆粒為35PL和12PL,最高標(biāo)準(zhǔn)精度為720DPI和1440DPI,色彩飽和度無(wú)可挑剔.

e.噴頭打印寬幅為75mm,是普通噴頭的4倍,可進(jìn)行快速輸出.

f.適用面較廣,目前已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)與商業(yè)打印的范圍之內(nèi).

g.配套墨水的生產(chǎn)流水線全部由日方精工電子集團(tuán)專業(yè)人員檢測(cè),每次生產(chǎn)的墨水全部由精工集團(tuán)認(rèn)證之后方可投放于市場(chǎng)銷售.

h.成本較低,趨于大眾化.最終選型為：

SEIKOSPT25535PL(極限主流噴頭)有效打印條寬度35.7mm方案二：噴頭部分主要由以下零件構(gòu)成:1．PEEK法蘭圖5.6.1法蘭樣圖2．散熱銅鍋圖5.6.2銅鍋樣圖3．支撐鋁管4．PTFE內(nèi)襯5．上托架(塑料件)6．下托架(環(huán)氧樹(shù)脂)7．加熱塊(鋁)圖5.6.3鋁塊樣圖8噴嘴(0.5mm鋁)圖5.6.4噴嘴樣圖9加熱電阻(6.8Om,防火水泥封裝,PTFE保護(hù)引腳)，加熱材料，實(shí)現(xiàn)塑造。10熱敏電阻(100k,防火水泥封裝,PTFE保護(hù)引腳)，防止加熱溫度過(guò)高損壞元件?？傮w噴頭部分結(jié)構(gòu)如圖：圖5.6.5噴頭結(jié)構(gòu)示意圖選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所選步進(jìn)電機(jī)，確定步距角為1.8°，傳動(dòng)桿結(jié)構(gòu)如圖：圖5.3.1傳動(dòng)桿結(jié)構(gòu)我們選用半徑1.75cm的齒輪，由公式n為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)。可解得n=8。故選用相匹配的DQ542MA型細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。圖5.3.2DQ542MA型細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。DQ542MA型細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用直流18～50V供電，適合驅(qū)動(dòng)電壓18V～50V，電流小于4.0A外徑42～86毫米的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。此驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行很平穩(wěn)，幾乎沒(méi)有振動(dòng)和噪音。高速時(shí)力矩也大大高于其它二相驅(qū)動(dòng)器，定位精度高。廣泛適用于雕刻機(jī)、數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械等分辨率要求較高的設(shè)備上。a.主要特點(diǎn)：1.平均電流控制，兩相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出2.直流18～50V供電3.光電隔離信號(hào)輸入/輸出4.有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、相間短路保護(hù)功能5.十五檔細(xì)分和自動(dòng)半流功能6.八檔輸出相電流設(shè)置7.具有脫機(jī)命令輸人端子8.電機(jī)的扭矩與它的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無(wú)關(guān)9.高啟動(dòng)轉(zhuǎn)速10.高速力矩大b.電氣參數(shù)輸入電壓直流24～50V輸入輸入電流小于4安培輸出電流1.0A～4.2A功

耗功耗：80W；

內(nèi)部保險(xiǎn)：6A溫

度工作溫度-10～45℃；存放溫度-40℃～70℃濕

度不能結(jié)露，不能有水珠氣

體禁止有可燃?xì)怏w和導(dǎo)電灰塵重

量200克細(xì)分驅(qū)動(dòng)器參數(shù)表加熱器選擇由于加工平臺(tái)要求一定溫度，為了和溫度傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，我們需要在加工平臺(tái)下安裝一個(gè)加熱器。當(dāng)溫度達(dá)到要求則加熱器斷電，當(dāng)溫度低于要求溫度時(shí)，加熱器啟動(dòng)開(kāi)始加熱。選擇PTC陶瓷加熱板。其特性與優(yōu)勢(shì)為：1.安全：PTC產(chǎn)品具有恒溫發(fā)熱、無(wú)明火、熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響極小等傳統(tǒng)發(fā)熱元件無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),在電熱器具中的應(yīng)用越來(lái)越受到研發(fā)工程師的青睞。

2.節(jié)能：PTC產(chǎn)品有自動(dòng)節(jié)能的特性，當(dāng)加熱器把環(huán)境溫度提升后，其功率會(huì)逐漸降低，只有額定功率的90%，80%，或更少。

3.壽命長(zhǎng)：PTC產(chǎn)品正常使用時(shí)不因?yàn)樽陨碓驌p壞的，甚至上萬(wàn)次的反復(fù)開(kāi)關(guān)對(duì)其性能也無(wú)影響，衡量其壽命的標(biāo)準(zhǔn)是其老化程度。一般的標(biāo)準(zhǔn)為工作2000小時(shí)后的功率衰減小于10%。干燒功率：環(huán)境溫度24度，真空或無(wú)風(fēng)密閉空間內(nèi)，產(chǎn)品吊掛在空中或至于不導(dǎo)熱介質(zhì)上，測(cè)得的產(chǎn)品功率。此時(shí)用熱電偶或針形溫度計(jì)測(cè)量，表溫在正負(fù)公差10度內(nèi)。最大功率：在理想狀態(tài)下，可以達(dá)到的穩(wěn)態(tài)最大功率。例如：在0度以下的環(huán)境中，隔著金屬殼體加熱流速極快的低溫液體。額定功率：干燒功率的2倍。沖擊功率：最大功率的1.5倍至2倍。產(chǎn)品實(shí)際耗散功率一般處于最大功率和干燒功率之間工作電壓：220V（裸線接出，不分正負(fù)極，接額定電壓即可）

外觀尺寸：77x62x5.5mm（包括安裝孔部分）干燒表溫：270度左右（內(nèi)部PTC加熱芯片溫度為300度左右）額定功率：100W（實(shí)際耗散功率35~300W）干燒功率：50W左右最大功率：300W五、測(cè)量元件1、溫度傳感器溫度傳感器用于測(cè)定加工平面溫度是否達(dá)到材料所需溫度，溫度傳感器應(yīng)安裝于加工平面底部。工作原理：熱電偶或熱電阻傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將該信號(hào)送入變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含調(diào)零和熱電偶補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)電路。經(jīng)調(diào)零后的信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，放大的信號(hào)一路經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換器計(jì)算處理后以4－20mA直流電流輸出；另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理后到表頭顯示。變送器的線性化電路有兩種，均采用反饋方式。對(duì)熱電阻傳感器，用正反饋方式校正，對(duì)熱電偶傳感器，用多段折線逼近法進(jìn)行校正。一體化數(shù)字顯示溫度變送器有兩種顯示方式。LCD顯示的溫度變送器用兩線制方式輸出，LED顯示的溫度變送器用三線制方式輸出。最終選擇溫度傳感器如下：產(chǎn)品型號(hào):CRZ2005-1000性能和參數(shù)解釋如下：1.鉑電阻元件的溫度系數(shù)TCRTCR=R100-R0/R0×100其中，R100為在100℃時(shí)的電阻值，R0為在0℃時(shí)的電阻值2.鉑電阻元件的溫度-電阻特性RT=R0[1+aT-bT2-cT3(T-100)]RT--在溫度T時(shí)的電阻值，R0--在零度時(shí)的電阻值abc系數(shù)，TCR=0.003851時(shí)的系數(shù)如下表：溫度abcT＜03.90802×10-35.80195×10-74.27351×10-12T≥03.90802×10-35.80195×10-703．鉑電阻元件的誤差級(jí)別零度時(shí)阻值誤差（%）溫度誤差（℃）溫度系數(shù)TCR誤差(ohm/ohm/℃)1/3DIN±0.04±(0.10+0.0017|T|)0.003851±0.000004A±0.06±(0.15+0.002|T|)0.003851±0.000005B±0.12±(0.30+0.005|T|)0.003851±0.0000122B±0.25±(0.60+0.01|T|)0.003851±0.0000244.鉑電阻元件的穩(wěn)定性鉑電阻元件有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。例如CRZ-1632在400℃時(shí)持續(xù)300小時(shí)，0℃時(shí)的最大溫度漂移僅為0.02℃。5.鉑電阻元件的熱響應(yīng)時(shí)間型號(hào)熱響應(yīng)時(shí)間T0.9(秒)空氣水V=1.0m/sV=3.0m/sCRZ-16321070.3CRZ-200516110.38．溫度—阻值表標(biāo)稱阻值（Ω）1005001000TCR（10-6/K）3851溫度（℃）電阻值（Ω）-5080．31401．53803．070100．00500．001000．0050119．40596．981193．95100138．51692．501385．00150157．33786．571573．15200175．86879．201758．40250194．10970．371940．74300212．051060．092120．19350229．721148．372296．73400247．091235．192470．38450264．181320．562641．12500280．981404．482808．96550297．491486．952973．90600313．711567．973135．94650329．641647．543295．08CRZ薄膜元件應(yīng)用的注意事項(xiàng):1.直接使用元件或制成溫度傳感器測(cè)溫時(shí)，避免超過(guò)測(cè)溫量程，短時(shí)間內(nèi)雖不會(huì)損壞亦影響產(chǎn)品壽命和精度。2.用CRZ元件組裝溫度傳感器時(shí)，在使用高溫固化環(huán)氧膠灌封時(shí)，應(yīng)注意其在固化過(guò)程中應(yīng)力的變化，否則可能損壞元件(一般為開(kāi)路)；在使用氧化鎂或氧化鋁充填過(guò)程中，應(yīng)避免元件直接接觸保護(hù)管尖銳的內(nèi)表面，否則在振動(dòng)過(guò)程中，有可能使元件的瓷片邊緣破損，造成元件開(kāi)路損壞。3.在制做溫度傳感器時(shí)，必須保證灌封材料的高度絕緣性能，否則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的電氣絕緣性能降低，并且影響元件的測(cè)試數(shù)據(jù)，一般會(huì)導(dǎo)致測(cè)試電阻值偏低。價(jià)格為17元左右。2、濕度傳感器濕度傳感器用于測(cè)定內(nèi)部加工平面的環(huán)境是否合適的測(cè)量元件，所以此處濕度傳感器應(yīng)安裝于加工平面周圍很近的地方。工作原理：濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。

濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。

濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。經(jīng)過(guò)比較我們選擇BST的HR202濕度傳感模塊，特征如下：基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)

高精度：±2%RH，極好的線形輸出

寬量程：1~99%RH，寬工作溫度范圍–40~140℃

濕度輸出受溫度影響極小，常溫使用無(wú)須溫度補(bǔ)償

響應(yīng)時(shí)間5秒，浸水或結(jié)露后10秒鐘迅速恢復(fù)

抗靜電，防灰塵，有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)

長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性，年漂移量0.5%RH/年

互換性好

電容與濕度變化0.34pf/%RH，典型值180pf@55%RH價(jià)格在15元左右每只3、壓力傳感器壓力傳感器用于測(cè)定料槽與墨盒中是否有料，無(wú)料則示警的裝置，壓力傳感器安裝于原料槽底部和墨盒底部。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。壓力傳感器我們采用壓力傳感器來(lái)測(cè)定墨盒與原料槽中原料充足，不會(huì)因原料不足而對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生影響。由于大多數(shù)壓力傳感器應(yīng)用與工業(yè)，其量程過(guò)大，均為幾噸至十幾噸不等，所以根據(jù)我們所需的量程范圍選定以下（上海聚人牌）微型壓力傳感器：壓力傳感器ForceSensingResistor壓力感應(yīng)電阻是著名InterlinkElectronics公司生產(chǎn)的一款重量輕，體積小，感測(cè)精度高，超薄型壓力傳感器。當(dāng)壓力感測(cè)電阻器感應(yīng)面的壓力增加時(shí)，其阻抗就會(huì)減少，從而取得壓力數(shù)據(jù)。其可用于機(jī)械手末端夾持器感測(cè)夾持物品有無(wú)，仿生機(jī)器人足下行走地面感測(cè)，哺乳類動(dòng)物咬力測(cè)試生物實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用范圍及其廣泛。Sensingarea（感測(cè)范圍）:0.2”circle

Outputsignal（輸出信號(hào)）:Passivevariableresistance

Forcesensitiverange（壓力感測(cè)范圍）:0to10kg

Lifetime（使用壽命）:>10millionactuations價(jià)格為80元左右每只。4、位移傳感器位移傳感器用于測(cè)定x,y,z軸的定位，x,y軸傳感器用于噴頭后面，z軸傳感器則安裝于原料槽推板和工作平面推板。這里的位移傳感器需要精度很高。工作原理：電感式位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。光電式位移傳感器利用激光三角反射法利用激光三角反射法進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體材質(zhì)沒(méi)有任何要求，主要影響為環(huán)境光強(qiáng)和被測(cè)面是否平整。比如公路測(cè)量用到真尚有的激光位移傳感器，就對(duì)傳感器進(jìn)行了特殊配置，與普通情況不一樣。位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)，大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高（目前分辨率最高的可達(dá)到納米級(jí)）、抗干擾能力強(qiáng)、沒(méi)有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工、檢測(cè)儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。由量程范圍可以選擇以下位移傳感器，上海聚人RS-WY150，缺點(diǎn)在于此位移傳感器需要定期更換。依據(jù)量程、價(jià)格還有精確度，我們考慮了以下位移傳感器：（1）、有效行程規(guī)格（mm）：300機(jī)械行程（mm）：有效行程+7mm（每端緩沖3.5mm）電阻（KΩ±10%）：5（75～550mm有效行程）；獨(dú)立線性精度（%）：0.05（275～650mm有效行程）最大容許電壓：DC36V/5KΩ～20KΩ輸出類型：0-100%給定輸入工作電壓（隨位移變化而變化）解析度：無(wú)限分辨；最大工作速度：10m/s；使用溫度范圍：-60～150Co價(jià)格為265元左右每只（2）、直線光柵系統(tǒng)根據(jù)傳感器特點(diǎn)，可將三個(gè)直線光柵傳感器分別裝上測(cè)量，三個(gè)度均確定后就能算出噴頭的X-Y-Z坐標(biāo)，把該坐標(biāo)反饋給控制器形成閉環(huán)回路。優(yōu)點(diǎn)：精度非常高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：成本較高，安裝要求比較高。所選元件：雷尼紹RG2直線光柵系統(tǒng)價(jià)格（人民幣）：2000+Renishaw—RG2（3）、使用激光測(cè)距傳感器根據(jù)它的性能優(yōu)點(diǎn)，可以將其固定在噴嘴所在托盤上，令激光測(cè)距傳感器面向操作臺(tái)，并檢測(cè)到與操作臺(tái)的距離，然后將距離信號(hào)傳送給控制電路，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，前近到與操作臺(tái)某固定距離時(shí)停止，準(zhǔn)備打印。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢，同時(shí)成本過(guò)高，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)講并不適用。參考器件：RenishawRLE10LazerSystem價(jià)格：數(shù)千美金。圖5.4.5RenishawRLE10LazerSystem5、功放選型在控制系統(tǒng)中，執(zhí)行元件的工作往往需要較大的電功率，而控制元件僅能輸出控制信號(hào)，其輸出功率非常小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的目的，故在控制系統(tǒng)中，往往需要對(duì)不同的執(zhí)行元件選配合適的功率放大元件。根據(jù)此前在電機(jī)選型中的說(shuō)明，本系統(tǒng)中供使用了三種電機(jī)，直流無(wú)刷電機(jī)45ZWN60-2430，永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)20SY01，42BYG250B-0151兩相混合步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的全橋式驅(qū)動(dòng)電路，這是直流電機(jī)調(diào)速使用最多的調(diào)速方法。目前市場(chǎng)上有很多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成電路，效率高，電路簡(jiǎn)單，使用也比較廣泛，但是其驅(qū)動(dòng)方法大多與全橋式驅(qū)動(dòng)一樣。PWM控制方法配合橋式驅(qū)動(dòng)電路，是目前直流電機(jī)調(diào)速最普遍的方法。我們?cè)隍?qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)采用H型橋式驅(qū)動(dòng)電路和PWM控制相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。對(duì)于直流無(wú)刷電機(jī)45ZWN60-2430選用小功率HM-WZ-10直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體參數(shù)如下：輸入電壓范圍12～24VDC(電壓可根據(jù)客戶要求定制)；最大輸出電流3A；最大輸出功率72W；保護(hù)動(dòng)作電流4A；保護(hù)功能電壓小于10V時(shí)欠壓保護(hù)動(dòng)作，芯片過(guò)熱型值為170℃；HALL信號(hào)錯(cuò)誤，過(guò)流(PWM周期瞬間電流大于4A則電流保護(hù))；轉(zhuǎn)速范圍：0～最高轉(zhuǎn)速，對(duì)3400RPM電機(jī)試驗(yàn)；單價(jià)：300元對(duì)于永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)20SY01，選用L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體參數(shù)如下：1.驅(qū)動(dòng)芯片：L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片2.驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍Vs：＋5V～＋35V

；如需要板內(nèi)取電，則供電范圍Vs：+7V～+35V3.驅(qū)動(dòng)部分峰值電流Io：2A4.邏輯部分端子供電范圍Vss：＋5V～＋7V（可板內(nèi)取電＋5V）5.邏輯部分工作電流范圍:0～36mA6.控制信號(hào)輸入電壓范圍：低電平：－0.3V≤Vin≤1.5V，高電平：2.3V≤Vin≤Vss7.使能信號(hào)輸入電壓范圍：低電平：－0.3≤Vin≤1.5V（控制信號(hào)無(wú)效）

高電平：2.3V≤Vin≤Vss（控制信號(hào)有效）8.最大功耗：20W（溫度T＝75℃時(shí)）9.存儲(chǔ)溫度：－25℃～＋130℃10.驅(qū)動(dòng)板尺寸:55mm*49mm*33mm(帶固定銅柱，散熱片高度)11.驅(qū)動(dòng)板重量：33g12.單價(jià)：30元2BYG250B-0151兩相混合步進(jìn)電機(jī)，選用MAL-404驅(qū)動(dòng)器，可以兼顧電機(jī)的高低頻性能，高頻時(shí)，電機(jī)在高速運(yùn)行狀態(tài)下力矩提高20%以上，低頻時(shí)，電機(jī)在低速運(yùn)行狀態(tài)子啊，噪聲減少，平穩(wěn)性增加，其細(xì)分功能使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)清毒大大提高，能夠保證在高細(xì)分的情況相愛(ài)，每一微步都是準(zhǔn)確的。其具體參數(shù)如下：?jiǎn)蝺r(jià)：1元控制系統(tǒng)：硬件電路系統(tǒng)：三維打印快速成型硬件電路主要由上位機(jī)與下位機(jī)接口板，DSP控制芯片，外圍存儲(chǔ)器，噴頭小車運(yùn)動(dòng)板，自舉供墨（提供粘結(jié)劑）系統(tǒng)，噴頭驅(qū)動(dòng)電路組成。1）PCI接口：充當(dāng)上位機(jī)與下位機(jī)的通信橋梁；2）DSP控制芯片：下位機(jī)打印數(shù)據(jù)的管理、傳輸、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、噴頭噴射粘結(jié)劑與電機(jī)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制、打印過(guò)程信號(hào)的檢測(cè)等；3）外圍存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)準(zhǔn)備打印的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)；4）噴頭小車運(yùn)動(dòng)