作品名稱：串聯轉臺五軸擠出成型裝置
學校名稱：唐山學院
參賽隊伍：一飛沖天隊
參賽學生：許彤彤 吳通 楊繼沖
指導老師：陳若夢 陳靜
我們在使用3D打印機時，發現打印機的一些弊端如打印需要支撐使打印時間增加，耗材利用率低成品誤差高，無法打印多維度曲面，噴頭使用時間過長耗材與噴頭粘連會導致打印誤差增大等問題。
二·功能需求
2.1目的
設計一臺能夠滿足小型工件設計及學生實訓要求的串聯轉臺五軸擠出成型裝置。
2.2預期功能
(1)實現無支撐的3d打印，達到快速成型的同時實現多維度曲面打印。
(2)做到結構簡單，可使價格親民耐用度高，具有廣泛普及性。
(3)通過雙噴頭結構使加工成品具有多樣性且效率比單噴頭更高、成品率更高的成型裝置
三·設備結構設計方案
3.1總體結構設計方案：設備包括機架結構、雙噴頭結構、雙轉臺結構、驅動機構、遠程輸絲機構五部分組成，使工作具有很高的合理性和實用性。機架結構底盤上安裝其他四個部分，提供穩定工作空間。設備工作時，由芯片控制驅動機構的伺服電機運動從而驅動雙轉臺結構、雙噴頭結構運動完成五軸維度運動，由遠程輸絲機構保證出絲穩定。
3.2雙轉臺結構-創新點1
所述雙轉臺結構，由搖籃組和雙轉臺架成，所述雙轉臺架包括伺服電機及連接裝置使搖籃組在以X為中心的A軸擺動，所述搖籃組包括伺服電機及工作臺等，使工作臺繞Z軸為中心的C軸轉動。
F=6n-5P3 -4P4-3P3-2P2-P1
由圖可得n=5; P:=5，P4=0，P:=0，P=0; P:=0。
可得F=5。
式中:
n-代表共有多少個活動構件
P1-圖中所含有的I級副個數
P2-圖中所含有的II級副個數
P3-圖中所含有的III級副個數
P4-圖中所含有的IV級副個數
P5-圖中所含有的V級副個數
在該機構簡圖中可知只有五級副，個數為五個。
串聯五軸擠出成型裝置的工作臺中心參數
工作臺半徑175mm。X軸的行程:600mm、Y軸的行程: 600mm、Z軸的行程: 380mm； A軸擺動角度: -100 到+100°;C軸旋轉范圍: 0°到+360°。
如圖所示。這就使工作臺變得相當靈活，可實現預期的無需支撐的三D打印和多維度曲面打印。雖然此機構會制約打印產品體積，但在完成設計一臺能夠滿足小型工件設計及學生實訓要求的串聯轉臺五軸擠出成型裝置同時實現了結構簡單，符合研究要求。
3.3雙噴頭-創新點2
所述雙噴頭結構可解決工作時間過長，導致噴頭過熱，材料粘連，影響擠出材料的均勻性，進而影響打印精度的問題。雙噴頭在降低噴頭對打印精度的影響同時提高打印效率也增加了產品的多樣性如：顏色多樣性、材料多樣性等。
3.4機架結構
機架顧名思義，就是在機器或者儀器中，用來支撐或者容納零、部件的零件。故機架是底座、基礎平臺等諸多零件的統稱。機架分為箱殼式機架、梁式機架等，在本文畢業設計中，我選用的就是梁式機架。
機架的設計應滿足強度、剛度、熱變形的要求，此外還要求工藝性好，便于操作。本次預設的串聯轉臺五軸擠出成型裝置的重里為F=300N，底部面積約為S=00m*800mm:所受的壓強可見式(2-1)
σ=ξ
(2-1)
在公式中，σ--壓強
F- -打印機重里
S--底座總面積
得σ=468.75pa°
在得到壓強的情況下，在綜合對比多種材料后，其中包括許多復合材料，綜合經濟效益，實際情況等問題決定選擇45號鋼，查詢數據可得，45號鋼符合所需條件。
在桌面五軸打印機的設計中，為了制作方便，節省材料，所以選用了龍門結構嚨門結構字面意思就是在兩個與地面緊密連接的支架上連接一個橫梁并固定，組成的機架就像一個龍門一樣，因此得名。因為是雙支撐結構，所以該結構特別簡單。龍門結構制造方便，具有足夠的剛性，效率高，承受負載大，結構穩定。
3.5驅動結構
所述驅動結構為伺服電機作為驅動，通過軸連接絲杠結構使滑塊直線運動進而使工作臺和雙噴頭結構運動完成XYZ運動；通過連接轉軸使搖籃組擺動完成搖籃運動；通過中央轉軸使工作臺完成旋轉運動。工作臺達到五軸維度的標準，可實現無支撐打印。
3.6遠程輸絲結構
所述遠程輸絲結構采用彈簧壓緊結構全金屬擠出機裝配最小保持力500mN.M的高質量步進電機，避免了低質量塑料擠出機使用過程擠出力不均勻，容易磨損，可實現高強度時間打印不變形
4.0結論
通過對擠出成型裝置在實際工作中存在的問題深入思考，我團隊提出了針對擠出成型裝置打印需支撐，耗時高，成品單一成品率底等問題的解決方案。我們通過自主創新，對專業知識的學習與理解，并在原有三軸擠出成型裝置的基礎上加以改善與優化，最終確立五軸擠出成型裝置的整體方案。五軸擠出成型裝置包括機架結構、雙噴頭結構、雙轉臺結構、驅動機構遠程輸絲機構五部分組成，通過相互配合，最終實現滿足小型工件設計及學生實訓要求的串聯轉臺五軸擠出成型裝置。確定了五軸轉臺擠出成型裝置的總體方案。
五、市場分析
親民價格，超高性價比：本設備的軟硬件成本，打印的時間成本以及后期維修設備，更換配件的成本都比較低，成本低，質量高。
用途廣，需求大：本設備不僅在傳統的制造行業體現出非凡的發展潛力，同時其魅力更延伸至工藝品、動漫行業、影視傳媒以及教育等多個與人們生活息息相關的領域。
綠色制造，愛護地球：本設備可簡化生產過程，重復利用副產品，制造輕工業產品，減少運輸需求，因此非常有利于生態環境的保護。
易操作，好上手.：3D打印技術實現了3D設計和3D打印軟件的直接連接，大大降低了3D圖形設計的門檻，即使是沒有任何基礎的孩子們通過幾個小時的學習，也能繪出自己的3D作品，并直接輸出到3D打印機打印。
