FDM型3D打印机人机界面分析与优化设计

摘要

3D打印作为一种新兴的增材制造技术，凭借其节省材料、无需开模、成型速度快等优势，在制造业日益站稳脚跟，成为当下备受关注的加工制造技术。其中，FDM型3D打印技术更是凭借加工精度高、经济成本低和操作环境佳成为多种3D打印技术中较受欢迎的一种。目前，FDM型3D打印领域的研究，更多关注的是技术更新，在一定程度上忽视了打印设备与人之间的交互关系，导致用户反馈存在操控机构操作不便、触摸屏信息传递效率不高及操作舒适性欠佳等问题。因此，亟需对FDM型3D打印机开展人机界面研究，准确定位用户反馈的相关问题，并形成具有较强针对性的解决方案。
　　本文以典型桌面级FDM型3D打印机—CubePro3D打印机为研究案例，基于人体工程学理论，利用CATIA V5的人机工程设计与分析模块，模拟操作者操作3D打印机的过程并对人体行为进行评估，验证人机界面设计的合理性，同时根据人体工程学相关理论数据对人机界面进行分析，计算出产品功能尺寸并进行优化设计。主要研究内容如下：
　　1.人机界面设计舒适性解析。通过对CubePro3D打印机的打印操作过程进行分析，结合用户反馈，指出主要存在的人机界面问题；归纳总结针对FDM型3D打印机人机界面的设计要求和设计原则，为下一步分析和设计提供理论指导；根据人体工程学中人体尺寸数据的应用原则，选择本文所采用人体模型的百分位数。
　　2. FDM型3D打印机人机分析。在CATIA V5软件中建立CubePro3D打印机的三维立体等比例模型，并选择合适的人体模型；运用CATIA V5的人机工程设计与分析模块，对操作者取打印垫和安装材料盒的过程进行人体行为评估，验证设备结构设计的合理性，并依据人体工程学中相关尺寸数据计算打印垫及印版、材料盒及托架的功能尺寸并提出改进建议；依据人机交互界面理论对触摸屏人机交互界面的组成元素进行分析，找出现存问题与不足，明确改进方向。
　　3.方案设计与方案评价。结合人机界面的设计原则、设计要求及人机分析结果对人机界面进行优化设计；运用关联矩阵法对改进前后的人机界面开展综合评价，量化优化结果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与主体框架

第2章 FDM型3D打印机人机界面舒适性设计解析

2.1 FDM型3D打印机人机界面功能与结构分析

2.2 FDM型3D打印机人机界面设计的人体工程学要求

2.3 FDM型3D打印机人机界面的设计原则

2.4 FDM型3D打印机人机界面设计中的人体尺寸数据

2.5 小结

第3章 FDM型3D打印机人机分析

3.1 基于CATIA人机工程模块的人体行为评估与分析

3.2 打印垫、印版的人机关系分析

3.3 材料盒及托架的人机关系分析

3.4 人机交互界面分析

3.5 小结

第4章 FDM型3D打印机人机界面优化设计与评价

4.1 人机界面优化设计

4.2 方案评价

4.3 FDM型3D打印机改良设计经验

4.4 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录

附录A CubePro 3D打印机目前使用情况的问卷调查

附录B CubePro 3D打印机改善后使用情况的问卷调查

在学期间发表学术论文及研究成果