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一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的課題背景
3D打印技術(shù)，又被稱為快速成型（Rapid Prototyping，RP）、分層制造（Layered Manufacturing，LM）和實(shí)體自由制造（Solid Free Fabrication，SFF）等，目前已在很多行業(yè)開展研究。3D打印時(shí)直接通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，不需要任何特定零件工具或模具，集成的3D打印有助于人們在幾乎任何地方參與設(shè)計(jì)過程，且可促進(jìn)本地化工程打破壁壘而上升到一種國際化的規(guī)模。比起傳統(tǒng)的加工工藝，3D打印的優(yōu)勢在于大多數(shù)行業(yè)都可應(yīng)用這種加工工藝。建筑行業(yè)的3D打印技術(shù)具有非常好的應(yīng)用前景。
本課題組與材料學(xué)院相關(guān)課題組開展建筑材料3D打印的研究已經(jīng)多年。雖然3D打印技術(shù)已在各種領(lǐng)域應(yīng)用，但建筑行業(yè)的3D打印設(shè)備根據(jù)不同材料特性和打印條件有不同需求，仍然需要進(jìn)行研究。本課題針對現(xiàn)有打印設(shè)備中打印頭易磨損和堵塞，以及打印條件改變引起的設(shè)備不適應(yīng)，如水下打印密封等問題進(jìn)行研究，對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，對促進(jìn)建筑材料的3D打印研究具有實(shí)用價(jià)值。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的技術(shù)參數(shù)（研究內(nèi)容）
本課題主要針對材料實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的并聯(lián)桿式3D打印機(jī)存在的問題進(jìn)行研究，對打印頭進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，適應(yīng)水下打印要求。
技術(shù)參數(shù)：
打印材料：混凝土砂漿
打印目標(biāo)尺寸范圍：200*200*200mm
打印頭平面精度要求：1mm，暫定
打印速度：>=1mm/s，暫定
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的具體工作
1、打印裝置三通閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)；
2、打印頭的防水密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3、打印頭的成型刮板設(shè)計(jì)；
4、完成設(shè)計(jì)說明書。
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
序 號
設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱
時(shí)間安排（教學(xué)周）
1
調(diào)研，搜集資料，完成開題報(bào)告
3.5-3.16
2
方案設(shè)計(jì)，基本尺寸確定，元器件選型
3.19-3.30
3
三通閥改進(jìn)設(shè)計(jì)
4.2-4.13
4
打印頭防水密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.16-5.11
5
打印頭刮板設(shè)計(jì)
5.14-6.8
6
整理論文，準(zhǔn)備答辯
6.11-6.22
同組學(xué)生姓名：無
五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] 濮貴良，陳國定，吳立言. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 9版. 高等教育出版社,2013.5,(2):22-36.
[2] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M] 5版. 化學(xué)工業(yè)出版社,2018.5.
[3] 潘強(qiáng)，朱美華，童建華. 工程材料[M]. 2版. 上海科學(xué)技術(shù)出版社.2005.9,(1):6-20.
[4] 王運(yùn)贛，王宜. 3D打印技術(shù)[M]. 1版. 華中科技大學(xué)出版社,2014.7(1):3-11.
[5] [美]阿米特·班德亞帕德耶，薩斯米塔·博斯主編，王文先，葛亞瓊，崔澤琴等譯. 3D打印技術(shù)及其運(yùn)用. [M]. 1版. 機(jī)械工業(yè)出版社，2017.9,(1):4-10.
[6] 謝秀良.泵送混凝土堵管原因分析及處理[N] 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011.3. 27卷第3期，
https://wenku.baidu.com/view/e1199cf9f78a6529657d53d0.html?from=search；
[7] 3D打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院自動化11級專業(yè)課程設(shè)計(jì).(1)-(3)
https://wenku.baidu.com/view/17a6a2e3bcd126fff7050bef.html?from=search；
[8] 氣動三通閥[J].亞洲閥門，臺灣品質(zhì)產(chǎn)品使用手冊.(1)
https://wenku.baidu.com/view/1539969208a1284ac9504346.html?from=search；
[9] Bargelis, A； Ausmanas, N. Consideration of Automate 3D Printing Technology in Future Manufacturing[J]. Mechanika, 2014, (1): 20-25
[10] Mai, Jingeng;Zhang, Lin;Ren, LeiTao, Fei;. Customized production based on distributed 3D printing services in cloud manufacturing[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, (4): 71-83
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題背景（含文獻(xiàn)綜述）
1、 3D打印技術(shù)的概念及其發(fā)展歷程
3D打印是一種高速發(fā)展并被集成到制造業(yè)和我們?nèi)粘Ｉ钪械募夹g(shù)，在商業(yè)領(lǐng)域中廣為人知，也被叫做不同的名稱，如快速成型（Rapid Prototyping，RP）、分層制造（Layered Manufacturing，LM）和實(shí)體自由制造（Solid Free Fabrication，SFF）等。3D打印時(shí)直接通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，并且不需要任何特定零件工具或模具的一種成型方法。集成的3D打印有助于人們在幾乎任何地方參與設(shè)計(jì)過程，且可促進(jìn)本地化工程打破壁壘而上升到一種國際化的規(guī)模。正如互聯(lián)網(wǎng)賦予為我們從任何位置傳播和訪問信息的能力一樣，數(shù)字化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)本質(zhì)上使人們可以從任何地方開展、修改和評價(jià)設(shè)計(jì)，因此3D打印的設(shè)計(jì)可以從幾乎任何地方產(chǎn)生和測試，而且僅需要很少的時(shí)間。
3D打印技術(shù)發(fā)展與20世紀(jì)80年代。剛開始叫做立體光刻（Stereolithography，SLA）。隨著激光技術(shù)的進(jìn)步以及所使用材料和工藝的創(chuàng)新，Chuck Hull讓這個(gè)概念成為了現(xiàn)實(shí)。并且在1986年創(chuàng)立了第一家開發(fā)和制造3D打印機(jī)的公司——3D Systems。自此，3D打印技術(shù)在世界各地引發(fā)了人們的極大興趣，并且開始飛速發(fā)展。但是在1990年之前，這些技術(shù)都是適用于聚合物材料，一直沒有加工其他諸如金屬或陶瓷等材料的能力。這些聚合物材料制作出的原型并不能投入實(shí)際使用，于是又有了更多的公司，更多的高校開始 進(jìn)行探索。
由于歷史上這些眾多的技術(shù)和公司的出現(xiàn)，3D打印行業(yè)一直積極地不斷擴(kuò)大、成長和與時(shí)俱進(jìn)。眾多行業(yè)都意識到3D打印行業(yè)的豐厚利潤和前景，因而其市場發(fā)展更為迅速。從1988年第一臺3D打印機(jī)出現(xiàn)到2017年3D打印市場預(yù)計(jì)達(dá)到34.7億美元。我們有理由相信，隨著技術(shù)和可用性的持續(xù)增長，3D打印技術(shù)將繼續(xù)深入地集成到工業(yè)生產(chǎn)和我們的個(gè)人生活當(dāng)中。
2、 3D打印的現(xiàn)狀及概述
現(xiàn)在3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展大奧一個(gè)準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的狀態(tài)。比起傳統(tǒng)的加工工藝，它的優(yōu)勢在于大多數(shù)行業(yè)都對這種加工工藝感興趣，因?yàn)樗兄渌に囁痪邆涞膩碓从谠O(shè)備本身的巨大優(yōu)勢，3D打印設(shè)備可以通過逐層建造系統(tǒng)來創(chuàng)造復(fù)雜的幾何體，以往不能使用任何其他制造方法制造的零件，現(xiàn)在也能使用這種技術(shù)制造出來。目前3D打印技術(shù)在藝術(shù)，航空航天，醫(yī)療等領(lǐng)域都有應(yīng)用，因?yàn)橛泻艽蟮目赡鼙徽系焦I(yè)生產(chǎn)中，所以使得它成為一種有前途的新型加工工藝，也是我們?nèi)パ芯克脑颉?
而且3D打印所具有的優(yōu)點(diǎn)是巨大的。包括前文中所說的隨時(shí)隨地，隨心所欲的設(shè)計(jì)；在制造業(yè)中的多功能性；可以增強(qiáng)材料的性能等等。
但3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機(jī)造價(jià)仍普遍較為昂貴，給其進(jìn)一步普及應(yīng)用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制和擴(kuò)散，制造業(yè)面對的盜版風(fēng)險(xiǎn)大增，現(xiàn)有知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。
隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。
足以發(fā)現(xiàn)，3D打印前景十分被看好，是未來的主旋律，對于3D打印的了解和研究是我們的必修課。
3、 基于現(xiàn)有的3D打印機(jī)所面對的問題
目前混凝土材料實(shí)驗(yàn)室3D打印機(jī)的工作原理：首先將要打印的零件或?qū)ο笥肅AD或者其他類型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建好模型，將文件格式轉(zhuǎn)為STL格式，最后系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上將該零件在最易于加工的方向分割成多層的形式，通過不同的方法使材料沉積或凝固，逐層疊加，直到零件制作完成。
現(xiàn)有機(jī)器所面臨的問題：一是打印材料為砂漿，三通閥易磨損；二是三通閥易堵塞；三是在水下打印時(shí)，閥體沒有良好的密封，會進(jìn)水；四是噴頭為圓柱體，打印出來的產(chǎn)品也是圓柱體的疊加而不能得到長方體磚塊狀，不美觀，需要邊打印，邊切削。
目前這些問題都亟待解決，因此選擇此課題具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）方案介紹（主要內(nèi)容）
1、 對于現(xiàn)有3D打印機(jī)的工作原理及存在問題分析
現(xiàn)有的3D打印機(jī)是運(yùn)用在建筑上的，所用材料是砂漿，經(jīng)過管道與三通閥和打印噴頭連接進(jìn)行打印。由于材料和機(jī)構(gòu)的原因，目前存在許多問題：
①材料為砂漿因此閥體的內(nèi)部容易磨損，針對于此，在不提高太多預(yù)算的前提下，考慮選用更耐磨的材料；
②三通閥內(nèi)部的凹槽部分在換向的時(shí)候容易堵塞，針對于此，考慮對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)或另外選型；
③在水下打印的時(shí)候，三通閥沒有良好的密封，換向時(shí)閥體易進(jìn)水，針對于此，在基于原有的打印機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，考慮增加一個(gè)密封機(jī)構(gòu)；
④噴頭是圓柱體，打印出來的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生圓柱狀的凸起而得不到想要的長方體形狀，因此基于原有打印機(jī)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加一個(gè)刮板機(jī)構(gòu)。
2、 基于水下打印的打印頭結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)
①、三通閥的改型設(shè)計(jì)
對三通閥進(jìn)行受力分析，材料所需性能分析，選用更合理的三通閥。
②、打印頭的密封設(shè)計(jì)
基于現(xiàn)有的打印機(jī)結(jié)構(gòu)，確定所需密封裝置的尺寸范圍，基于尺寸確定密封裝置的結(jié)構(gòu)以及所需要的強(qiáng)度，再基于裝置的材料和尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核。
③、打印成型刮板設(shè)計(jì)
現(xiàn)有的打印機(jī)對刮板裝置留有充足的余量，首先確定尺寸范圍，確定裝置的結(jié)構(gòu)，再基于所設(shè)計(jì)裝置的材料和尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要參考文獻(xiàn)
[1] 濮貴良，陳國定，吳立言. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 9版. 高等教育出版社,2013.5,(2):22-36.
[2] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M] 5版. 化學(xué)工業(yè)出版社,2018.5.
[3] 潘強(qiáng)，朱美華，童建華. 工程材料[M]. 2版. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2005.9,(1):6-20.
[4] 王運(yùn)贛，王宜. 3D打印技術(shù)[M]. 1版. 華中科技大學(xué)出版社,2014.7(1):3-11.
[5] [美]阿米特·班德亞帕德耶，薩斯米塔·博斯主編，王文先，葛亞瓊，崔澤琴等譯. 3D打印技術(shù)及其運(yùn)用. [M]. 1版. 機(jī)械工業(yè)出版社，2017.9,(1):4-10.
[6] 謝秀良.泵送混凝土堵管原因分析及處理[N] 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011.3. 27卷第3期，
https://wenku.baidu.com/view/e1199cf9f78a6529657d53d0.html?from=search；
[7] 3D打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院自動化11級專業(yè)課程設(shè)計(jì).(1)-(3)
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[8] 氣動三通閥[J].亞洲閥門，臺灣品質(zhì)產(chǎn)品使用手冊.(1)
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[9] Bargelis, A； Ausmanas, N. Consideration of Automate 3D Printing Technology in Future Manufacturing[J]. Mechanika, 2014, (1): 20-25
[10] Mai, Jingeng;Zhang, Lin;Ren, LeiTao, Fei;. Customized production based on distributed 3D printing services in cloud manufacturing[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, (4): 71-83
四、審核意見
指導(dǎo)教師審核意見：（針對選題的價(jià)值及可行性作出具體評價(jià)）
本課題組與材料學(xué)院相關(guān)課題組開展建筑材料3D打印的研究已經(jīng)多年。雖然3D打印技術(shù)已在各種領(lǐng)域應(yīng)用，但建筑行業(yè)的3D打印設(shè)備根據(jù)不同材料特性和打印條件有不同需求，仍然需要進(jìn)行研究。本課題針對現(xiàn)有打印設(shè)備中打印頭易磨損和堵塞，以及打印條件改變引起的設(shè)備不適應(yīng)等問題進(jìn)行研究，對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，對促進(jìn)建筑材料的3D打印研究具有實(shí)用價(jià)值。
研究內(nèi)容充實(shí)，研究方案合理，同意開題。
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日