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一、畢業(yè)設計（論文）的課題背景
3D打印技術，又被稱為快速成型（Rapid Prototyping，RP）、分層制造（Layered Manufacturing，LM）和實體自由制造（Solid Free Fabrication，SFF）等，目前已在很多行業(yè)開展研究。3D打印時直接通過計算機輔助設計實現三維設計，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計過程，且可促進本地化工程打破壁壘而上升到一種國際化的規(guī)模。比起傳統的加工工藝，3D打印的優(yōu)勢在于大多數行業(yè)都可應用這種加工工藝。建筑行業(yè)的3D打印技術具有非常好的應用前景。
本課題組與材料學院相關課題組開展建筑材料3D打印的研究已經多年。雖然3D打印技術已在各種領域應用，但建筑行業(yè)的3D打印設備根據不同材料特性和打印條件有不同需求，仍然需要進行研究。本課題針對現有打印設備中打印頭易磨損和堵塞，以及打印條件改變引起的設備不適應，如水下打印密封等問題進行研究，對相關結構進行改進設計，對促進建筑材料的3D打印研究具有實用價值。
二、畢業(yè)設計（論文）的技術參數（研究內容）
本課題主要針對材料實驗室現有的并聯桿式3D打印機存在的問題進行研究，對打印頭進行改進設計，適應水下打印要求。
技術參數：
打印材料：混凝土砂漿
打印目標尺寸范圍：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)設計（論文）應完成的具體工作
1、打印裝置三通閥的結構改進設計；
2、打印頭的防水密封結構設計；
3、打印頭的成型刮板設計；
4、完成設計說明書。
四、畢業(yè)設計（論文）進度安排
序 號
設計（論文）各階段名稱
時間安排（教學周）
1
調研，搜集資料，完成開題報告
3.5-3.16
2
方案設計，基本尺寸確定，元器件選型
3.19-3.30
3
三通閥改進設計
4.2-4.13
4
打印頭防水密封結構設計
4.16-5.11
5
打印頭刮板設計
5.14-6.8
6
整理論文，準備答辯
6.11-6.22
同組學生姓名：無
五、應收集的資料及主要參考文獻
[1] 濮貴良，陳國定，吳立言. 機械設計[M]. 9版. 高等教育出版社,2013.5,(2):22-36.
[2] 成大先. 機械設計手冊[M] 5版. 化學工業(yè)出版社,2018.5.
[3] 潘強，朱美華，童建華. 工程材料[M]. 2版. 上海科學技術出版社.2005.9,(1):6-20.
[4] 王運贛，王宜. 3D打印技術[M]. 1版. 華中科技大學出版社,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打印技術及其運用. [M]. 1版. 機械工業(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] 吉林工程技術師范學院學報,2011.3. 27卷第3期，
https://wenku.baidu.com/view/e1199cf9f78a6529657d53d0.html?from=search；
[7] 3D打印機系統設計[J].哈爾濱工業(yè)大學航天學院自動化11級專業(yè)課程設計.(1)-(3)
https://wenku.baidu.com/view/17a6a2e3bcd126fff7050bef.html?from=search；
[8] 氣動三通閥[J].亞洲閥門，臺灣品質產品使用手冊.(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)設計（論文）課題背景（含文獻綜述）
1、 3D打印技術的概念及其發(fā)展歷程
3D打印是一種高速發(fā)展并被集成到制造業(yè)和我們日常生活中的技術，在商業(yè)領域中廣為人知，也被叫做不同的名稱，如快速成型（Rapid Prototyping，RP）、分層制造（Layered Manufacturing，LM）和實體自由制造（Solid Free Fabrication，SFF）等。3D打印時直接通過計算機輔助設計實現三維設計，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計過程，且可促進本地化工程打破壁壘而上升到一種國際化的規(guī)模。正如互聯網賦予為我們從任何位置傳播和訪問信息的能力一樣，數字化設計和計算機輔助設計本質上使人們可以從任何地方開展、修改和評價設計，因此3D打印的設計可以從幾乎任何地方產生和測試，而且僅需要很少的時間。
3D打印技術發(fā)展與20世紀80年代。剛開始叫做立體光刻（Stereolithography，SLA）。隨著激光技術的進步以及所使用材料和工藝的創(chuàng)新，Chuck Hull讓這個概念成為了現實。并且在1986年創(chuàng)立了第一家開發(fā)和制造3D打印機的公司——3D Systems。自此，3D打印技術在世界各地引發(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際使用，于是又有了更多的公司，更多的高校開始 進行探索。
由于歷史上這些眾多的技術和公司的出現，3D打印行業(yè)一直積極地不斷擴大、成長和與時俱進。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打印機出現到2017年3D打印市場預計達到34.7億美元。我們有理由相信，隨著技術和可用性的持續(xù)增長，3D打印技術將繼續(xù)深入地集成到工業(yè)生產和我們的個人生活當中。
2、 3D打印的現狀及概述
現在3D打印技術已經發(fā)展大奧一個準備實現工業(yè)化應用的狀態(tài)。比起傳統的加工工藝，它的優(yōu)勢在于大多數行業(yè)都對這種加工工藝感興趣，因為它有著其他工藝所不具備的來源于設備本身的巨大優(yōu)勢，3D打印設備可以通過逐層建造系統來創(chuàng)造復雜的幾何體，以往不能使用任何其他制造方法制造的零件，現在也能使用這種技術制造出來。目前3D打印技術在藝術，航空航天，醫(yī)療等領域都有應用，因為有很大的可能被整合到工業(yè)生產中，所以使得它成為一種有前途的新型加工工藝，也是我們去研究它的原因。
而且3D打印所具有的優(yōu)點是巨大的。包括前文中所說的隨時隨地，隨心所欲的設計；在制造業(yè)中的多功能性；可以增強材料的性能等等。
但3D打印技術要進一步擴展其產業(yè)應用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。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，打印效率還遠不適應大規(guī)模生產的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術的普及將使產品更容易被復制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業(yè)未來發(fā)展的需求。
隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發(fā)展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。
足以發(fā)現，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、 基于現有的3D打印機所面對的問題
目前混凝土材料實驗室3D打印機的工作原理：首先將要打印的零件或對象用CAD或者其他類型的計算機輔助設計軟件建好模型，將文件格式轉為STL格式，最后系統在計算機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。
現有機器所面臨的問題：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，閥體沒有良好的密封，會進水；四是噴頭為圓柱體，打印出來的產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實意義。
二、畢業(yè)設計（論文）方案介紹（主要內容）
1、 對于現有3D打印機的工作原理及存在問題分析
現有的3D打印機是運用在建筑上的，所用材料是砂漿，經過管道與三通閥和打印噴頭連接進行打印。由于材料和機構的原因，目前存在許多問題：
①材料為砂漿因此閥體的內部容易磨損，針對于此，在不提高太多預算的前提下，考慮選用更耐磨的材料；
②三通閥內部的凹槽部分在換向的時候容易堵塞，針對于此，考慮對內部結構進行改進設計或另外選型；
③在水下打印的時候，三通閥沒有良好的密封，換向時閥體易進水，針對于此，在基于原有的打印機結構基礎上，考慮增加一個密封機構；
④噴頭是圓柱體，打印出來的結構會產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機構基礎上，增加一個刮板機構。
2、 基于水下打印的打印頭結構改進設計
①、三通閥的改型設計
對三通閥進行受力分析，材料所需性能分析，選用更合理的三通閥。
②、打印頭的密封設計
基于現有的打印機結構，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構以及所需要的強度，再基于裝置的材料和尺寸進行強度校核。
③、打印成型刮板設計
現有的打印機對刮板裝置留有充足的余量，首先確定尺寸范圍，確定裝置的結構，再基于所設計裝置的材料和尺寸進行強度校核
三、畢業(yè)設計（論文）的主要參考文獻
[1] 濮貴良，陳國定，吳立言. 機械設計[M]. 9版. 高等教育出版社,2013.5,(2):22-36.
[2] 成大先. 機械設計手冊[M] 5版. 化學工業(yè)出版社,2018.5.
[3] 潘強，朱美華，童建華. 工程材料[M]. 2版. 上?？茖W技術出版社.2005.9,(1):6-20.
[4] 王運贛，王宜. 3D打印技術[M]. 1版. 華中科技大學出版社,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打印技術及其運用. [M]. 1版. 機械工業(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] 吉林工程技術師范學院學報,2011.3. 27卷第3期，
https://wenku.baidu.com/view/e1199cf9f78a6529657d53d0.html?from=search；
[7] 3D打印機系統設計[J].哈爾濱工業(yè)大學航天學院自動化11級專業(yè)課程設計.(1)-(3)
https://wenku.baidu.com/view/17a6a2e3bcd126fff7050bef.html?from=search；
[8] 氣動三通閥[J].亞洲閥門，臺灣品質產品使用手冊.(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
四、審核意見
指導教師審核意見：（針對選題的價值及可行性作出具體評價）
本課題組與材料學院相關課題組開展建筑材料3D打印的研究已經多年。雖然3D打印技術已在各種領域應用，但建筑行業(yè)的3D打印設備根據不同材料特性和打印條件有不同需求，仍然需要進行研究。本課題針對現有打印設備中打印頭易磨損和堵塞，以及打印條件改變引起的設備不適應等問題進行研究，對相關結構進行改進設計，對促進建筑材料的3D打印研究具有實用價值。
研究內容充實，研究方案合理，同意開題。
指導教師簽名
年 月 日