机电一体化技术模块五典型机电一体化系统.

模块目标1.掌握简单机电一体化系统的工作原理分析；2.掌握简单机电一体化系统的结构分析；3.熟悉简单机电一体化系统的应用方法；4.了解机电一体化系统的前沿知识、新设备应用;5.了解X-Y绘图仪的设计方法。重点:1.掌握三坐标测量机工作原理及应用方法；2.3D打印机工作原理及应用场合。难点:1.三坐标测量机具体操作；2.3D打印机具体操作。模块5典型机电一体化系统•模块导学本模块内容为三个单独的机电一体化系统例子，学生主要从机电如何结合方面来分析三个典型系统，从而找出机电结合的方法，关键在于机电接口。项目一为认识3D打印机，项目二为三坐标测量机，项目三为小型绘图机。模块5•项目5-1认识3D打印机模块5项目思考3D打印有什么影响？认识3D打印机3D打印可能应用领域？3D打印对材料特殊要求？3D打印定义3D打印机原理3D打印机起源3D打印机工作步骤3D打印机技术特性项目知识项目实践知识分布网络3D打印添加剂制造技术3D打印机打印过程知识拓展3D打印机工作过程及特点性5.1.1项目思考（思）模块53D打印机是近年来得到应用领域的青睐，本项目通过对3D打印机的了解、认识，进一步清楚地了解3D打印机的产品设计思维的变化、如何打印工作、可能的应用领域、新材料的革新与应用、未来发展趋势等。问题思考：从三个方面去思考：1、3D打印机逐层打印的方式改变了传统制造方法，既不同于传统的切削加工，又不同于传统的粉末冶金加工，是一种全新的制造理念，这种制造方法，对我们的传统设计理念和方法会有什么影响？2、3D打印机可能的应用领域有哪些？3、3D打印机对材料的特殊要求，它对产品综合要求的局限性？模块55.1.2项目知识（学）知识点13D打印定义：3D打印（3Dprinting），即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。知识点23D打印机原理：3D打印机的原理是：把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。打印出的产品，可以即时使用。说的简单一点，打印时实质上是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印机工作时就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。模块5知识点33D打印机起源：上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。在20世纪80年代中期，选择性激光烧结（SelectingLaserSintering，SLS）在美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的卡尔德卡德博士开发出来并获得专利。1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生JimBredt和TimAnderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。图5-1最早的3D打印机应用领域：该技术可用于模具、工业设计、航空航天、汽车、牙科和医疗、珠宝、鞋类、建筑、工程和施、教育、地理信息系统和许多其它领域。模块55.1.3项目实践（做）项目要求1、认识3D打印机，掌握其工作步骤；2、熟悉3D打印机技术特性、工作过程；3、熟悉3D打印机材料使用类型，特点。项目实施1.3D打印机工作步骤先通过计算机建模软件建模，如果有现成的模型也可以，然后通过SD卡或者U盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来。2.3D打印机三维设计先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。模块53.3D打印机打印过程3D打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。4.3D打印机分辨率打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。5.3D与2D打印机区别3D打印机和2D打印机的区别在于多了一个维度。日常见到的普通打印机通过XY（X轴是喷头移动方向，Y轴是介质前后移动方向）两个座标轴点确保打印图像的成像位置和电脑中设计的图纸位置保持一致，Z轴实际上是喷头与介质之间的间距上下移动方向。围绕XYZ三点完成机械、电路、驱动程序的相关设计即可。模块56.3D打印机制作方法三维打印机要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。7.3D打印机产品目前，世上最小的3D打印机来自维也纳技术大学，由其化学研究员和机械工程师研制。华中科技大学史玉升科研团队经过十多年努力，实现重大突破，研发的3D打印机可加工零件长宽最大尺寸均达到1.2米。如今，该设备被国内外200多家用户购买使用，每台价格从几十万元到200多万元不等。由大连理工大学参与研发的最大加工尺寸达1.8米的激光3D打印机进入调试阶段，其采用“轮廓线扫描”的独特技术路线，可以制作大型工业样件及结构复杂的铸造模具。模块58.3D打印机技术特性3D打印机的不同之处在于以不同层构建创建部件，并且以可用的材料的方式。一般来说，3D打印机主要的考虑因素是打印的速度和成本，三维打印机的价格，物体原型的成本，还有材料以及色彩的选择和成本。9.3D打印机工作过程及特点1）熔融沉积快速成型（FusedDepositionModeling，FDM）熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。2）光固化成型（StereoLithigraphyApparatus，SLA）光固化技术是最早发展起来的快速成型技术，也是研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。光固化技术，主要使用光敏树脂为材料，通过紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐层固化，最终得到完整的产品。模块53）三维粉末粘接（ThreeDimensionalPrintingandGluing，3DP）3DP技术由美国麻省理工大学开发成功，原料使用粉末材料，3DP技术工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件。4）选择性激光烧结（SelectingLaserSintering，SLS）SLS利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，由计算机控制层层堆结成型。SLS技术同样是使用层叠堆积成型，所不同的是，它首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。模块5项目总结3D打印领域发展迅猛，从巨型的房屋打印机到微型的纳米级细胞打印机，各种新技术层出不穷，但是主要还是集中在专业领域，民用市场还是以简单架构的FDM为主，无论效果还是精度都差强人意，我们期待着随着技术发展和成本降低，桌面级3D打印机也能够真正实现所见即所得的打印效果，那时候3D打印改变世界将不再是一个梦想。1.创新突破的体现（1）3D打印应用领域扩展延伸（2）3D打印速度、尺寸及技术日新月异（3）设计平台革新（4）色彩绚烂形态逼真2.未来趋势3.3D打印机发展制约因素（1）价格因素（2）原材料限制（3）成像精细度也就是分辨率太低（4）社会风险成本（5）整个行业没有标准，难以形成产业链。（6）意料之外的工序：3D打印前所需的准备工序，打印后的处理工序（7）缺乏杀手锏产品及设计模块5项目评价表5-1项目评价表项目目标分值评分得分叙述3D打印机原理能正确全面说明20不完整，每处扣2分说明3D打印机应用领域在各领域需举一例说明20不完整，每处扣2分分析3D打印机中机电一体化技术应用分析全面、正确、详尽40不完整，每处扣4分描绘3D打印机未来发展能发挥想像能力，不设标准20不完整，每处扣2分总分100模块55.1.4知识拓展（拓）3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科及医疗方面都能得到广泛的应用，每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。模块5•项目5-2三坐标测量机项目思考对制造业发展的影响？三坐标测量机高精度如何保证？测量机与反求工程关系？三坐标测量机三坐标测量机原理三坐标测量机主要特征熟悉三坐标测量机参数熟悉三坐标测量机应用3D打印机技术特性项目知识项目实践知识分布网络三坐标测量注意事项三坐标测量日常保养知识拓展熟悉三坐标测量使用方法3D打印机工作过程及特点性模块55.2.1项目思考（思）三坐标测量仪简称CMM，自六十年代中期第一台三坐标测量仪问世以来，随着计算机技术的进步以及电子控制系统、检测技术的发展，为测量机向高精度、高速度方向发展提供了强有力的技术支持。本项目主要在于要求掌握三坐标测量机的原理、应用，了解其主要参数及特征。问题思考：1、三坐标测量机对制造业发展的影响？2、三坐标测量机的高精度如何保证和体现？3、三坐标测量机在反求工程中的地位，以及对产品设计、制造流程的影响？模块55.2.2项目知识（学）知识点1三坐标测量机：三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine,CMM)是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，通常配有计算机进行数据处理和控制操作，又称为三坐标测量仪或三次元。图5-2三坐标测量机模块5知识点2三坐标测量机原理：将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。图5-3三坐标测量软件界面模块5知识点3三坐标测量机主要特征：（1）三轴大多采用天然高精密花岗岩导轨，保证了整体具有相同的热力学性能，避免由于三轴材质不同热膨胀系数不同所造成的机器精度误差。（2）三轴导轨（上海欧潼）采用全天然花岗岩四面全环抱式矩形结构，配上高精度自洁式预应力气浮轴承，是确保机器精度长期稳定的基础，同时轴承受力沿轴向方向，受力稳定均衡，有利于保证机器硬件寿命。（3）大多厂家采用小孔出气技术，耗气量为30L/Min左右，在轴承间隙形成冷凝区域，抵消轴承运动摩擦带来的热量，增加设备整体热稳定性。（4）三轴均采用镀金光栅尺，分辨率为0.1um；同时采用一端固定，一端自由伸缩的方式安装，减少了光栅尺的变形。（5）传动系统采用国际先进的设计，无任何导轨受力变形，最大程度保证机器精度和稳定性。模块5知识点4三坐标测量机发展史：第一代：世界上第一台测量机是英国的FERRANTI公司于1959年研制成功，当时的测量方式是测头接触工件后，靠脚踏板来记录当前坐标值，然后使用计算器来计算元素间的位置关系。第二代：随着计算机的飞速发展，测量机技术进入了CNC控制机时代，完成了复杂机械零件的测量和空间自由曲线曲面的测量，测量模式增加和完善了自学习功能，改善了人机界面，使用专门测量语言，提高了测量程序的开发效率。第三代：从90年代开始，随着工业制造行业向集成化、柔性化和信息化发展，产品的设计、制造和检测趋向一体化，这就对作为检测设备的三坐标测量机提出了更高的要求，从而提出了第三代测量机的概念。模块55.2.3项目实践（做）项目要求1、熟悉三坐标测量机主要参数；2、熟悉三坐标测量机主要应用；3、熟悉三坐标测量机主要使用方法。项目实施三坐标测量机主要参数：机型案例EURO