一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法及其系统。该方法包括：对运动控制平台进行调平，选择工艺参数；确定打印图案以及挤出头的高度和挤出速度，打印路径和速度；打印出多个三维打印样品；先测量三维打印样品中的路径宽度，再计算同一垂直位置点的路径宽度比例，最后将变化函数作为延迟函数；定义速度补偿函数并进行补偿；确定稳态时挤出头的移动速度与高度之间的函数关系；建立打印路径宽度的数学模型；对挤出头的挤出速度和挤出量进行补偿。本发明专利技术可实现速度规划，提高打印的路径均匀度，降低因材料挤出与平台运动之间的不同步而引起打印缺陷，提高打印质量，实现打印路径宽度的可控性，实现特定功能，满足打印需求。

A 3D printing delay compensation method and its system based on viscous liquid extrusion

【技术实现步骤摘要】
一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法及其系统
本专利技术涉及打印机数据处理
的一种延迟补偿方法，尤其涉及一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，还涉及应用该方法的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿系统。
技术介绍
三维立体打印机，也称3D打印机，是快速成型的一种工艺设备，其采用层层堆积的方式分层制作出三维模型。3D打印机的运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。传统的以粘性液体为材料的产品的生产方法(如注塑等)有许多限制和缺点，如生产周期长、成本高以及不能制造高度复杂和完整的结构等。为了解决这些缺点，近年来，以粘性液体为挤出材料的3D打印技术的研究得到了关注。现有的以粘性液体为挤出材料的3D打印技术，在打印过程中，运动平台的控制与粘性液体挤出控制是相对独立的两个系统，虽然在数控控制指令同时给出，但由于粘性液体在挤出过程中由于粘性液体与挤出头内壁的摩擦、粘滞等因素的存在，导致材料挤出与平台运动之间的不同步，从而引起路径粗细不均匀以及结点等打印缺陷，导致打印质量降低，无法达到预期效果。
技术实现思路
为解决现有的3D打印方法中材料挤出与平台运动之间的不同步而导致打印质量低的技术问题，本专利技术提供一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法及其系统。本专利技术采用以下技术方案实现：一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其应用于一种3D打印机中；所述3D打印机包括运动控制平台、气压调节装置、挤出头以及容器；挤出头用于将位于容器中的粘性液体挤出在运动控制平台上并成型至少一个三维打印产品；气压调节装置用于调节容器的气压，以改变挤出头的挤出速度；所述延迟补偿方法包括以下步骤：对运动控制平台进行调平，并选择3D打印工艺参数；根据所述3D打印工艺参数，确定打印图案以及挤出头的高度H和挤出速度，并定义打印路径和打印速度；根据所述打印路径和打印速度，通过所述3D打印机打印出多个三维打印样品；先测量所述三维打印样品中的路径宽度，再计算以单位时间内挤出头所移动的路径长度为测量间距的同一垂直位置点的路径宽度比例，最后将所述路径宽度比例的变化函数作为延迟函数G(t)；定义挤出头的速度补偿函数：并对挤出头的移动速度进行补偿；式中，V'为挤出头的实时移动速度，V为在路径宽度达到稳态时挤出头的移动速度；确定路径宽度达到稳态时挤出头的移动速度与挤出头的高度之间的函数关系W(V，H)；建立所述3D打印机的打印路径宽度L的数学模型：L＝G(t)×W(V，H)；根据所述数学模型中打印路径宽度L的变化量，通过气压调节装置对挤出头的挤出速度和挤出量进行补偿。本专利技术通过先测量打印产品的路径宽度，再计算出同一垂直位置点的路径宽度比例，并将其变化函数作为延迟函数，然后根据延迟函数获得速度补偿函数，进而对挤出头的移动速度进行补偿，随后确定挤出头的移动速度与高度之间的函数关系，并进一步建立打印路径宽度的数学模型，最后通过该数学模型对挤出头的挤出速度和挤出量进行补偿，使打印路径宽度保持稳定，使路径的均匀度更高，同时使材料挤出与平台运动之间达到同步，实现打印路径宽度的可控性，解决了现有的3D打印方法中材料挤出与平台运动之间的不同步而导致打印质量低的技术问题，得到了打印质量高，路径可控，路径均匀性好的技术效果。作为上述方案的进一步改进，所述打印图案为“E”型图案，其中相同的三段路径的长度均为150mm，位于所述三段路径之间的两段路径的长度均为10mm。作为上述方案的进一步改进，挤出头的内径为0.84mm，高度的变化范围为0.2-1.0mm。进一步地，在所述3D打印工艺参数中，气压调节装置的气压压力为25Mpa，挤出头的移动速度范围为600-3000mm/min，速度增幅为300mm/min，挤出头的单位增幅为0.2mm。作为上述方案的进一步改进，所述粘性液体由道康宁737固化密封胶构成，且邵氏硬度为33A，拉伸强度大于1.2MPa，伸长率大于300％。作为上述方案的进一步改进，所述打印图案的形状为直线型、正弦波型、8字型、卷绕型中的一种。作为上述方案的进一步改进，容器呈注射筒状，并具有活塞；挤出头安装在容器的注射端上，并与容器连通；所述粘性液体位于所述活塞与挤出头之间；压调节装置用于向所述活塞提供气压，使所述活塞挤压所述粘性液至挤出头。作为上述方案的进一步改进，所述3D打印机还包括外罩；运动控制平台、气压调节装置、挤出头以及容器均安装在所述外罩中；所述外罩由有机玻璃板制成的外罩。作为上述方案的进一步改进，所述延迟补偿方法还包括以下步骤：检测所述外罩中的实时湿度和实时温度；根据所述粘性液体的类型，在一个预设湿固化参数表中查询湿固化所需的湿度阈值以及温度阈值范围，并判断所述实时湿度是否大于所述湿度阈值，还同时判断所述实时温度是否位于所述温度阈值范围内；在所述实时湿度低于所述湿度阈值时，增加所述外罩中的环境湿度；在所述实时温度低于所述温度阈值范围的下限值时，提高所述外罩中的环境温度；在所述实时温度高于所述温度阈值范围的上限值时，降低所述外罩中的环境温度。本专利技术还提供一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿系统，该系统应用上述任意所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其包括：调平模块，其用于先判断控制平台的移动平台是否处于水平状态；在所述移动平台未处于水平状态时，所述调平模块对所述移动平台进行调平；参数确定模块，其用于确定所述3D打印机的3D打印工艺参数；打印分析模块，其用于根据所述3D打印工艺参数，确定打印图案以及挤出头的高度H和挤出速度，并定义打印路径和打印速度；打印实验模块，其用于根据所述打印路径和打印速度，通过所述3D打印机打印出多个三维打印样品；延迟函数确定模块，其用于先测量所述三维打印样品中的路径宽度，再计算以单位时间内挤出头所移动的路径长度为测量间距的同一垂直位置点的路径宽度比例，最后将所述路径宽度比例的变化函数作为延迟函数G(t)；速度补偿模块，其用于定义挤出头的速度补偿函数：并对挤出头的移动速度进行补偿；式中，V'为挤出头的实时移动速度，V为在路径宽度达到稳态时挤出头的移动速度；函数关系确定模块，其用于确定路径宽度达到稳态时挤出头的移动速度与挤出头的高度之间的函数关系W(V，H)；模型建立模块，其用于建立所述3D打印机的打印路径宽度L的数学模型：L＝G(t)×W(V，H)；以及挤出补偿模块，其用于根据所述数学模型中打印路径宽度L的变化量，通过气压调节装置对挤出头的挤出速度和挤出量进行补偿。相较于现有的3D打印方法，本专利技术的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法及其系统具有以下有益效果：1、该基于粘性液体挤出的3D打印延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其应用于一种3D打印机中；其特征在于，所述3D打印机包括运动控制平台(1)、气压调节装置(2)、挤出头(3)以及容器(4)；挤出头(3)用于将位于容器(4)中的粘性液体挤出在运动控制平台(1)上并成型至少一个三维打印产品；气压调节装置(2)用于调节容器(4)的气压，以改变挤出头(3)的挤出速度；/n所述延迟补偿方法包括以下步骤：/n对运动控制平台(1)进行调平，并选择3D打印工艺参数；/n根据所述3D打印工艺参数，确定打印图案以及挤出头(3)的高度H和挤出速度，并定义打印路径和打印速度；/n根据所述打印路径和打印速度，通过所述3D打印机打印出多个三维打印样品；/n先测量所述三维打印样品中的路径宽度，再计算以单位时间内挤出头(3)所移动的路径长度为测量间距的同一垂直位置点的路径宽度比例，最后将所述路径宽度比例的变化函数作为延迟函数G(t)；/n定义挤出头(3)的速度补偿函数：

【技术特征摘要】
1.一种基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其应用于一种3D打印机中；其特征在于，所述3D打印机包括运动控制平台(1)、气压调节装置(2)、挤出头(3)以及容器(4)；挤出头(3)用于将位于容器(4)中的粘性液体挤出在运动控制平台(1)上并成型至少一个三维打印产品；气压调节装置(2)用于调节容器(4)的气压，以改变挤出头(3)的挤出速度；
所述延迟补偿方法包括以下步骤：
对运动控制平台(1)进行调平，并选择3D打印工艺参数；
根据所述3D打印工艺参数，确定打印图案以及挤出头(3)的高度H和挤出速度，并定义打印路径和打印速度；
根据所述打印路径和打印速度，通过所述3D打印机打印出多个三维打印样品；
先测量所述三维打印样品中的路径宽度，再计算以单位时间内挤出头(3)所移动的路径长度为测量间距的同一垂直位置点的路径宽度比例，最后将所述路径宽度比例的变化函数作为延迟函数G(t)；
定义挤出头(3)的速度补偿函数：并对挤出头(3)的移动速度进行补偿；式中，V'为挤出头(3)的实时移动速度，V为在路径宽度达到稳态时挤出头(3)的移动速度；
确定路径宽度达到稳态时挤出头(3)的移动速度与挤出头(3)的高度之间的函数关系W(V，H)；
建立所述3D打印机的打印路径宽度L的数学模型：L＝G(t)×W(V，H)；
根据所述数学模型中打印路径宽度L的变化量，通过气压调节装置(2)对挤出头(3)的挤出速度和挤出量进行补偿。


2.如权利要求1所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其特征在于，所述打印图案为“E”型图案，其中相同的三段路径的长度均为150mm，位于所述三段路径之间的两段路径的长度均为10mm。


3.如权利要求1所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其特征在于，挤出头(3)的内径为0.84mm，高度的变化范围为0.2-1.0mm。


4.如权利要求3所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其特征在于，在所述3D打印工艺参数中，气压调节装置(2)的气压压力为25Mpa，挤出头(3)的移动速度范围为600-3000mm/min，速度增幅为300mm/min，挤出头(3)的单位增幅为0.2mm。


5.如权利要求1所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其特征在于，所述粘性液体由道康宁737固化密封胶构成，且邵氏硬度为33A，拉伸强度大于1.2MPa，伸长率大于300％。


6.如权利要求1所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其特征在于，所述打印图案的形状为直线型、正弦波型、8字型、卷绕型中的一种。


7.如权利要求1所述的基于粘性液体挤出的3D打印延迟补偿方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晓青，汪圣宜，马丁逸飞，韩江，夏链，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34