挤出式3D打印机压力系统的模糊自适应控制

陶瓷浆料的挤出成形系统具有较强的参数时变性,传统的PID控制方法难以精确控制实现挤出压力的快速稳定,造成料筒内陶瓷浆料受力紊乱,影响挤出丝的成形质量进而影响陶瓷制件的精度。针对以上问题,对陶瓷浆料挤出过程中的压力变化进行分析,在传统PID控制的基础上,引入模糊自适应PID控制方法控制打印系统的挤出过程,并进行了过程仿真和实验。结果表明,模糊自适应PID控制方法优于传统PID控制方法,可以快速有效地稳定挤压力,提高陶瓷零件成形质量。     

微流挤出成形工艺挤出胀大机理研究

微流挤出成形是陶瓷快速成形领域的一种新兴工艺,由微流挤出成形工艺和3D打印技术结合形成的陶瓷浆料3D打印,具有陶瓷成形过程简单,成本低的优势。在陶瓷浆料3D打印中,陶瓷浆料挤出过程存在挤出胀大现象,导致挤出丝的形状发生改变,降低了陶瓷产品的成形精度。通过ANSYS软件对不同流道结构下陶瓷浆料挤出过程进行模拟分析,对不同流道下陶瓷浆料挤出胀大情况进行对比,并对挤出压力和挤出口挤出速率进行模拟计算。结果表明：影响陶瓷浆料挤出胀大的因素有陶瓷浆料在流道截面变化处的弹性效应以及在挤出头内的弹性回复,最后进行陶瓷浆料挤出实验对仿真结果进行验证。     

3D打印机G代码预处理优化算法

为了突破现有3D打印机控制系统原有的文件处理模式的限制,提出将G代码程序在PC端先行预处理的方法。在程序预处理过程中,同时对多段微小线段进行前瞻控制和速度规划;预处理结束后,再将处理结果输入3D打印机执行打印操作。该方法减少了3D打印机处理器负担,且通过PC端预处理可以得到更优化的计算结果。实验测量数据证明：G代码预处理方法与传统G代码处理方法相比,节省了打印机处理器处理时间,同时提高了打印品质。     

基于挤出沉积技术的多喷头3D打印机研制

针对组织工程中多材质和梯度化生物制品的三维打印问题,对喷头温控功能、沉积工作台制冷功能、喷头切换方式、控制系统等方面进行了研究,提出了一种基于挤出沉积技术的多喷头生物3D打印机。使用半导体制冷片和聚酰亚胺加热膜对喷头进行了温控设计,设计了双向滚珠丝杆切换装置和外循环超低温沉积工作台结构,最后利用羧甲基纤维素钠水凝胶材料在研制完成的多喷头生物3D打印机上进行了多喷头打印测试。测试结果表明:多喷头生物3D打印机实现了多材料和梯度化复杂模型的多喷头三维打印,同时打印精度满足生物组织工程的需求,为实现高仿生三维结构的打印奠定了良好基础。     

微流挤出成形工艺中新型挤出结构的研究

微流挤出成形工艺是基于陶瓷3D打印技术的兴起而出现的一种新兴制造工艺,其具有微米级高精度的特点,适用于高精度陶瓷制造领域.而在微流挤出成形工艺中,挤出结构设计是提高陶瓷零件成形性能的关键因素,将直接影响到成形能否顺利进行.在比较了几种目前国内外使用较为广泛的陶瓷3D打印挤出结构后,提出了一种以微型螺杆泵为核心部件的新型...     

层高对陶瓷浆料微流挤出成形质量的影响研究

为了确定微流挤出成形陶瓷浆料的最佳层高以及能够成形的最大高度,针对氧化锆陶瓷浆料,分析了丝体从喷头挤出后喷头与沉积丝体之间的5种高度关系,探讨了层高对打印质量的影响机理,并根据浆料特性建立了层间压缩形变模型;通过不同喷头直径和不同层高的3D打印工艺实验,采用数码显微镜扫描、尺寸测量及力学实验等方法对打印试样的表面形貌、成形精度及力学性能等进行了测量与表征,验证了所建模型的正确性。结果表明,当层高与喷头直径的比值分别为0.96、0.92、0.86、1、1.2时,打印质量从优到劣依次递减,因此,合理的层高设置可以减少陶瓷零件的打印缺陷,提高打印质量,为基于材料挤出工艺的参数选择提供一定的理论指导。     

工业级3D打印机调研

随着3D打印技术的飞速发展,在工业、电子、军事、航空航天、医疗、建筑等领域的应用日益广泛,文中着重介绍了工业级3D打印机及3D打印材料在工业领域的应用情况。     

浆料挤出式陶瓷3D打印工艺参数及打印件结构角度研究

针对挤出式陶瓷3D打印用于制备铸造型壳,分析了不同层高下浆料的挤出与堆积情况。通过3D打印试验,对比研究了挤出口内径、层高和打印速度对打印过程及打印质量的影响,获得了合适的工艺参数值;对比研究了不同的空间倾斜角度、打印平面内的角度下打印件的质量,获得了打印件的空间最大倾斜角度和打印平面内的最小角度。结果表明,合适的工艺参数为挤出口内径0.6～0.8 mm,层高0.6 mm左右,打印速度20 mm/s;打印件的内、外最大倾斜角度为40°,打印平面内的最小角度为30°。     

机器人熔覆3D打印中的成形路径生成研究

介绍了一种基于六自由度工业机器人的熔覆3D打印系统,对打印成形中的成形路径生成进行了研究。根据系统特点开发了机器人扫描路径文件自动生成程序,能够将扫描路径的点坐标与机器人空间姿态及熔覆工艺参数进行组合,生成机器人运动控制程序。进行了成形实验,实验结果达到要求。     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计.采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM 3D打印喷头.用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配...     

3D打印机控制系统的开发

3D打印技术起源于20世纪80年代,最近几年发展较为迅速。国外由于起步较早,所以技术发展相对成熟,中国在3D打印技术方面起步较晚,但某些技术也已进入世界前列。文中主要从3D打印技术控制系统方面进行了开发。控制系统主要包括硬件电路系统和软件驱动系统。     

基于FDM成型工艺的3D打印机的创新设计

3D打印是一种增加型制造,通过数字建模等方式获取扫描数据,基于数据将打印产品分割成截面,将这些截面逐层堆积成型。FDM工艺生产简单,操作安全,基本无污染,可打印材料种类多,且成型速度较快,精度较好,制造成本较低,因此FDM是3D打印成型技术中普及率最高的。为提高其打印质量与精度,对打印装置整机设计及其工艺参数的影响进行研究,主要根据市场上现有FDM成型工艺的3D打印机的机型与结构提出整体设计,完成装机后对创新设计的3D打印机采用正交实验进行工艺参数测试,得出该设计的最优工艺参数组合。     

多材料微流挤出3D打印喷头优化设计

为了满足微流挤出工艺陶瓷3D打印机连续打印多材料以及均匀混合的要求,设计了变内径螺杆挤出式3D打印机挤出混料新结构,不仅可以实现高固含量浆料在喷头内部单向输送,同时通过变内径螺杆旋转搅拌使两种材料混合均匀。通过Ansys响应面优化,在挤出头段以最小压力实现最大面积加权平均速度为目标函数,实现在低功耗高输出的不同需求下匹配不同挤出速度;在螺杆段以优化最大剪切速率为目标函数,实现两种陶瓷浆料的均匀混合。结果表明,通过参数化优化后可以在螺杆低转速与小型化的要求下,实现不同小流率高精度打印及两种材料的均匀混合。     

糊状食材3D打印工艺参数对成形形貌的影响研究

3D打印工艺参数是影响成形形貌的关键因素,研究食品3D打印工艺参数与成形形貌的关系对实现高效、稳定成形具有重要意义。依托自主研发食品3D打印装置,以糊状食材为打印原料,通过气压挤出系统可对食品打印成形实现实时准确控制。通过实验,研究可可粉等食品打印原料的打印速度、喷嘴出口与基板成形区距离等工艺参数对食品成形形貌的影响。进一步研究多层成形打印策略调整,优化工艺参数后,实验结果表明多层成形宽度和高度精度分别提升66.1%和13.0%。开展的相关研究及扩展成果,对以后食品3D打印技术的深入研究具有一定的参考意义。     

基于极坐标的新型3D打印机的设计与实验研究

针对目前常规结构的3D打印机存在的打印速度慢、结构较复杂和打印回转体模型时精度差等问题,设计了一种极坐标式的新型3D打印机,该打印机具有3个自由度,由2个直角坐标加1个旋转平台组成,以微处理器(Advanced RISC Machine,ARM)作为核心控制器,步进电动机为驱动器件,采用模糊PID控制算法,使温度控制更精确。通过打印对比测试,表明极坐标式3D打印机具有打印速度快、精度高、稳定性好和控制简单等优点,并且采用模糊PID控制算法使得温度控制精度较高,温差控制在±2℃以内,加热时间缩短50 s左右,提高了整体打印质量,具有一定的应用价值。     

基于三臂并联结构的桌面3D打印机

3D打印是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,通过逐层增材的方式来构造产品的快速成型技术。设计制造了一款基于三臂并联结构的桌面3D打印机,该打印机采用单片机作为控制器,以步进电机作为驱动元件,带动紧定在步进电机上的同步带转动,利用滑块控制打印头按照预定的轨迹行进,并通过步进电机送料,配合打印头完成打印作业。打印喷头响应速度不小于0.1 m/s,在X、Y、Z三个坐标轴的运动速度大于185 mm/s;喷头加热温度可控制在200~380℃,实现数字温控。     

考虑双方偏好的3D打印资源-任务匹配研究

3D打印技术是一项可定制化快速制造技术,使用云制造平台将分布式的3D打印资源聚合起来,可以高效地完成3D打印任务并提高3D打印资源的利用率。为了提高3D打印资源与3D打印任务在云制造环境下匹配的稳定性,建立了一种考虑双方偏好的3D打印资源-任务匹配模型,以此提高双方匹配的满意度。首先,根据3D打印资源和3D打印任务的基础属性,构建出基础约束模型,接着分析双方的偏好,并使用熵权法计算出偏好的权重,以此构建出双方的偏好收益函数,通过加入双方偏好之间的关系调节参数,将双方的偏好收益函数转化为综合收益函数,最后,采用粒子群算法进行求解。实验结果表明：考虑双方偏好的3D打印资源-任务匹配模型相比于单方决策的匹配方案更加稳定,加入稳定约束条件可以进一步提升匹配对解集的稳定性。     

基于螺杆泵送料的陶瓷三维打印机挤出机理

微流挤出堆积成形精度主要受打印材料和工艺参数的影响。为了提高陶瓷制件的打印精度,采用螺杆泵输送浆料,以保证浆料连续进给、压力恒定,实现非连续打印;对打印材料进行流变特性分析,根据打印平台结构参数计算挤出速度与流量;最后,建立数学模型,将材料流变特性与平台运动参数合理匹配,并进行了相关实验。实验结果与理论计算结果相一致,验证了送料机构与该数学模型可提高打印精度。