基于FDM技术的3D打印机控制技术分析与研究

本文论述了基于FDM技术的3D打印机结构组成及工作原理,指出了目前基于FDM技术的3D打印机存在的主要问题。针对这些问题对其控制系统进行设计,通过对传统PID控制和模糊PID控制的对比分析,选取更合适的控制算法,使打印机温度控制更精确,为后期开发高精度,高效率的3D打印机提供参考。     

FDM成型系统喷头温度控制方法研究

熔融沉积成型(简称FDM)是3D打印技术中较为常见且容易操作的技术,喷头温度能否达到成型要求取决于控制系统的精度。针对FDM打印技术中喷头温度控制精度低的问题,提出了自适应模糊PID控制算法,通过运用Smulink对喷头温度控制系统实施建模、仿真,并且对比分析模糊控制的仿真结果,发现自适应模糊PID控制方法拥有良好的控制精度。     

高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型3D打印装置的研究

针对目前桌面级3D打印机存在打印速度慢、打印精度低的问题,提出并设计了高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型结构3D打印机。通过对3D打印机结构建模与运动学分析,建立了其数学模型,推导出其逆运动学方程;提出了H型结构3D打印机的控制算法,运用PID控制调节系统的输入信号和输出信号的误差,获得了3D打印机的稳定工作模式。试验结果表明,提出的H型结构的3D打印机的打印精度高于目前常见Prusa I3型结构,能够实现快速平稳打印,打印速度提高20%左右,末端执行器在80 mm/s速度下仍能平稳工作,且运动轨迹理想,应用前景好。     

电子束3D打印模糊PID温度控制系统

针对电子束3D打印温度控制系统,采用自整定模糊PID控制,使用MATLAB模糊逻辑模块及仿真模块建立系统仿真图,通过仿真曲线获得优化参数。结果表明,与模糊控制系统及PID控制系统相比较,自整定模糊PID控制系统在电子束3D打印温度控制系统中具有动态响应快、调整速度快、稳态性能高、超调量小等优点。     

PCR反应仪温度的Fuzzy-PID控制方法

分析了在PCR反应仪的温度控制过程中,由于升降温速度快,精度要求高,被控对象具有非线性、不确定性等因素,常规PID控制方法很难满足实际的要求。采用了一种模糊PID控制方法,利用模糊推理在线调节PID控制算法的参数。试验表明,这种控制方法较好地达到了控制的要求。     

一种H-bot极坐标3D打印机的结构设计

对传统FDM型3D打印机的机型结构进行了研究,设计了一种极坐标3D打印机。采用一种H-bot同步带结构替代传统笛卡尔坐标运动结构,由机架两台步进电机协同驱动打印头在XOZ平面内的X轴方向和Z轴方向的直线运动,打印平台沿Y轴的直线运动转换为打印平台转盘的旋转运动。H-bot极坐标3D打印机的单台步进电机负载较小,机型更加紧凑,机械结构更为简单。     

FDM 3D打印机喷头设计

在温度因子的驱动下,研究基于FDM技术的3D打印机喷头设计思路。采用比例因子法,设定多目标条件下的3D打印机打印精度评价指标体系,设计3种不同喷口直径和2种不同加热腔结构,共形成6种比较方案,在12种打印介质的联合比较实验中对其性能进行分析。(1)通过技术手段加强对发热元件的温度控制精度,使其控制在打印介质熔融点附近,可以有效提升3D打印机性能。(2)加热腔温度传导机制下,T=1.03T_0时系统效率最高。(3)缩小喷口直径D_0,可有效降低成型效率比例因子B_(DS)的统计学表达。在统计学角度证实了更小直径的FDM喷口可以实现更高的打印精度,影响打印精度的参数还包括对发热体温度的控制精度。     

模糊PID算法在泡沫玻璃窑炉温度控制中的应用

在工业窑炉温度控制系统中,由于被控参数具有时变性、非线性、不确定性,常规PID控制算法难以满足控制要求。该文采用模糊PID自整定控制算法,重点介绍模糊PID控制的基本原理及其在泡沫玻璃生产中的应用。     

基于模糊PID控制的起爆具生产线温度控制系统

为了提高起爆具生产线中浇注锅温度的控制精度,以提高起爆具产品的质量,分析了起爆具生产线中浇注锅温度控制系统的组成,将模糊控制和常规PID控制结合起来,设计出了模糊PID控制器,通过以往对浇注锅温度控制的经验,制定出了PID 3个参数的模糊控制规则表,最后将模糊PID控制算法通过可编程逻辑控制器（PLC）编程来实现;在Matlab中的Simulink工具箱里搭建了模糊PID控制器和常规PID控制器模型,并对这两个控制器进行了仿真比较.研究结果表明,相对于常规PID控制器,模糊PID控制器具有更好的调节精度.该系统在生产线中的实际运用结果显示,模糊PID温度控制器效果较好,达到了预期的温度控制要求;系统适用于起爆具生产线中浇注锅的温度控制,对提高起爆具产品质量和生产效率具有一定的意义.     

砂型打印供墨压力的模糊PID控制研究

在砂型3D打印过程中,供墨系统是保证砂型3D打印机高质量打印的重要组成部件。针对目前供墨系统对喷头喷嘴处压力调控存在滞后性、随机性等问题,设计自调整模糊PID控制器,可在不同工作点实时调节PID参数,实现喷嘴处压力的精确快速控制。Matlab仿真结果表明:模糊PID控制器能更好地适应压力工作点的变化,解决了传统PID控制器难以适应不同压力工作点及受到干扰时稳定性较差的问题,提高了系统调控的快速性和稳定性。     

基于模糊PID算法的挤出机机筒温度控制系统设计

针对传统塑料挤出机机筒温度控制系统存在的收敛时间长、超调量大、温度控制精度低的现象,对塑料挤出机机筒的温度控制采取模糊PID控制算法,可以使系统既具有PID控制的可靠性和快速性,又具有模糊控制的高鲁棒性和强适应性,并能消除传统温控系统中普遍存在的温度控制不确定时滞,从而确保系统具有良好的动、静态特性,保证精确控温。开发了基于西门子S7-300 PLC平台的模糊PID温度控制系统,经过现场测试,稳定时间较开关控制法缩短30%左右,超调量确保在2℃以内,达到良好的控制效果。     

基于模糊PID技术的CO2激光器恒温控制研究

为保证CO2激光输出功率的稳定性,提出了基于模糊PID技术的CO2激光器恒温控制系统.控制核心采用飞思卡尔单片机MC9S08AW实现模糊PID控制算法并输出控制量,控制量控制数字PWM波驱动MOSFFT电路,产生相应的电流驱动TEC热电制冷器对CO2激光器进行恒温控制.实验结果表明,CO2激光器的温度控制精度达到±0.05℃.     

基于FDM的彩色3D打印机控制系统设计

针对目前FD M型3D打印机只能打印单种颜色,打印彩色则需要手动换料等问题,设计了采用定点方式更换丝料的FD M彩色3D打印控制系统。该系统主要包括电机驱动模块,温度控制模块、丝料更换模块和固件。其中丝料更换模块通过控制3D打印头的拼接和分离实现不同颜色丝料的更换,进而实现3D彩色打印。文中详细阐述了彩色3D打印机控制系统原理和自动更换丝料过程,并进行了验证。     

基于Delta并联机械结构的3D打印机研究

基于Delta并联机械结构相比于笛卡尔坐标系机械结构的优势,并将其用于3D打印机的研发与设计,提出了一种基于Delta机构、低成本、网络化3D打印机设计方案。相比使用更加广泛的笛卡尔坐标系3D打印机,Delta式3D打印机允许更大的打印体积和更快的打印速度。该打印机以STM32单片机作为核心控制器,以步进电动机作为驱动元件,驱动同步带转动,利用滑块控制打印头按照预定的轨迹行进。为减轻打印头的重量,提高打印速度,采用远程送料机构,并通过步进电动机送料,进行数字温控,配合打印头完成打印作业。为加快3D打印机推广及使用,提出互联网3D打印方案,通过配备Wi Fi模块实现数据的无线传输与远程控制,并增加了自动调平、断电续打、断丝检测等功能,极大地增强了3D打印机使用的便利性。实践表明该打印机具有运动平稳、高速、高精度、成本低、易于控制等优点。     

一种基于模糊PID的工业锅炉温度控制系统设计

本文针对工业生产中温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性的特点,采用模糊控制与PID相结合的方法,设计了一个基于模糊PID的工业锅炉温度控制系统,采用AT91RM9200为主控制芯片,并用模糊PID控制算法对温度进行控制.最后以工业锅炉蒸汽温度为被控对象,建立仿真模型对常规PID控制和模糊PID控制进行了仿真对比,结果表明采用模糊PID控制方法,有效的提高了系统对非线性、时变性和不确定性的处理能力,控制效果更好.     

挤出式3D打印支撑结构研究

从FDM等挤出式3D打印机的工作原理出发,分析构建打印支撑结构的必要性。通过研究挤出式3D打印机的结构和现有的打印支撑类型来探讨挤出式3D打印机的支撑结构的发展。     

基于FDM工艺的桌面级3D打印机的设计

为了提高以往3D打印机打印精度和质量,对打印装置的整体结构提出了创新设计方案,该打印机通过步进电机带动丝杠旋转,利用丝杠上的滑块带动连杆控制打印喷头在一定空间内准确移动,配合底部工作台实现FDM熔融沉积技术的快速打印.优化处理了打印机控制方案,使得结构简单新颖,同时可以提高打印机工作效率,并通过机械结构始终保证打印喷头始终处于竖直状态,为3D打印机的机构设计创新提供参考.     

基于LPC2103的模糊PID温度控制器设计

为使温度控制器的动态性能和稳态精度满足控制系统的要求,控制器采用了一种新型的模糊PID控制算法;温度测量采用Pt100,信号调理采用高精度运算放大器OP07,采用控制器LPC2103处理器制作了温度控制器;温度控制器采用PWM控制,控制器经模糊PID控制算法确定PWM脉冲宽度。为更好确定电阻炉温度控制系统的控制参数,采用实验的方法对电阻炉的数学模型进行了识别。在matlab仿真的基础上确定模糊PID控制参数,电阻炉的温度控制实验结果表明该温度控制器满足系统控制要求。     

FDM 3D打印机半导体制冷温控设计及其冷却实验研究

针对熔融沉积(fused deposition modeling,FDM)3D打印过程中打印大斜率小截面结构时,因散热不良引起的层错位和坍塌问题,对传统FDM 3D打印机PID温度控制方案中存在的问题进行了分析,将半导体制冷技术应用于3D打印过程温度控制之中,设计开发了一种功率可调型半导体制冷系统,对不同散热条件下发生层错位和坍塌问题的角度范围进行了测量和对比。研究结果表明,所设计的半导体制冷系统冷端温度最低可达3.1℃,其热端温度可控制在65℃以下,改善了大斜率小截面结构3D打印过程的散热条件;采用该制冷系统后打印试样发生层错位和坍塌的角度范围比无散热条件时发生上述问题的角度范围减小了50%以上,比普通风扇冷却条件下发生上述问题的角度范围减小了25%以上。     

并联混色3D打印机设计与研究

目前,并联臂结构的3D打印机普遍存在打印精度不佳、稳定性与可靠性差、调试与维护过程复杂等问题。针对熔融挤压堆积成型(FDM)并联3D打印机的基本结构,对并联式3D打印机的部分结构件进行了重新设计与建模,完成样机设计与实验。设计了一种支持双色混色、易于维护、高可靠性的并联3D打印机,并通过整体布局、机械结构以及打印喷头的优化进一步提高打印精度、打印稳定性以及可靠性。