【摘 要】
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3D打印技术作为近年来制造业中的新型生产技术,因其加工速度快,在制造结构复杂的产品方面具有独特优势而有广泛的应用前景。目前市场上3D打印设备的打印头姿态是固定的,打印
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3D打印技术作为近年来制造业中的新型生产技术,因其加工速度快,在制造结构复杂的产品方面具有独特优势而有广泛的应用前景。目前市场上3D打印设备的打印头姿态是固定的,打印头只能沿着竖直的方向进行分层制造,当加工件的几何形状比较复杂或对零件进行二次加工时,产品表面存在阶梯现象,以及存在产品的力学性能不高、打印速度慢、打印头干涉、打印设备的稳定性差等问题。针对以上问题,本次研究的目的是基于熔融沉积(FDM)技术,采用并联机构,设计一种新型的多向3D打印设备。为了实现3D打印机可以以不同姿态,沿着不同方向分层制造的目的,利用李群的相关理论知识提出了多个能实现多向3D打印的并联机构构型。这类构型是通过采用铰接动平台获得大的转动工作空间,为解决并联机构转动工作空间小的问题提供了一种可行的解决办法。本文应多向3D打印的需求,设计了一种具有五自由度的多向3D打印并联机器人。文中主要利用杆长约束条件进行了多向3D打印并联机器人的运动学反解分析;基于运动学反解分析了该机器人的位置工作空间与姿态工作空间;利用螺旋理论建立了多向3D打印并联机器人的速度雅克比矩阵、并在此基础上进行了灵巧性和静刚度等理论分析;然后,基于遗传算法对多向3D打印并联机器人进行了尺寸优化设计,从优化结果中挑选了一组最优数据作为样机制造的尺寸参数;再利用ADAMS软件,以水平面和倾斜平面为工作台,对设计的机器人虚拟样机进行了轨迹仿真分析;最后,选取了合理的多向3D打印并联机器人样机硬件系统,设计了样机的控制方案,对打印头进行轨迹规划与控制,并运用该机器人成功打印出了产品。研究结果表明所设计的多向3D打印并联机器人可以实现大角度的转动,能沿着任意倾斜方向实现分层制造,并且可以实现一般精度产品的加工,满足3D多向打印的设计要求。
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