一种实时动态调控3D打印挤出流量方法技术

本发明专利技术公开了一种实时动态调控3D打印挤出流量方法，包括：步骤一，采用三维激光扫描仪采集3D打印机内部送丝装置处丝材的三维坐标数据；步骤二，软件处理采集的三维坐标数据并计算得出该处丝材的横截面积；步骤三，根据3D打印送丝过程中该位置丝材横截面积的变化，实时动态调整送丝齿轮的转动速度，即3D打印的丝材挤出流量；步骤四，通过挤出流量的实时动态变化，实现3D打印喷嘴挤出物料的体积更加均匀稳定。本发明专利技术避免了在传统3D打印固定挤出流量下因丝材直径存在较大误差导致的成形样件表面质量不佳和内部孔隙较多且大小不均匀的问题，大大提升了3D打印制件的成形质量和力学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种实时动态调控3D打印挤出流量方法


[0001]本专利技术属于3D打印(增材制造)领域，具体涉及一种实时动态调控3D打印挤出流量方法。

技术介绍

[0002]3D打印通过材料“自下而上”的自动化、数字化的逐层累加实现复合材料构件的成形，该技术具有材料利用率高、结构设计与制造一体化、无需模具等优点，可以实现复合材料制备与构件成形制造一体化。基于熔融沉积原理的3D打印技术因其成本低、操作简单等优点得到广泛应用。目前，传统的3D打印主要流程包括三维建模、设置参数切片、导入3D打印机丝材、导入切片文件开始并完成打印。制备样件一般采用固定的打印参数，但由于在制备丝材时无法保证其整体直径是均匀稳定，因此在送丝过程中，当丝材实际直径大于理论直径时，将导致打印样件表面质量粗糙不平，当丝材实际直径小于理论直径时，将导致打印样件内部孔隙增大，缺陷增加，进而影响力学性能。因此开发一种实时动态调控3D打印挤出流量方法十分迫切。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术公开了一种实时动态调控3D打印挤出流量方法，包括以下步骤：
[0004]步骤一，采用三维激光扫描仪采集3D打印机内部送丝装置处丝材的三维坐标数据；
[0005]步骤二，软件处理采集的三维坐标数据并计算得出该处丝材的横截面积；
[0006]步骤三，根据3D打印送丝过程中该位置丝材横截面积的变化，实时动态调整送丝齿轮的转动速度，即3D打印的丝材挤出流量；根据公式V＝S*2πnr，其中V为挤出物料的体积(mm3)，S为采集计算丝材的横截面积(mm2)，n为挤出机转速(r/s)，r为与挤出机相连接的送丝齿轮半径(mm)，因此保持单位时间内挤出物料的体积恒定，在丝材横截面积发生变化时，挤出机转速需要相应的反向变化；
[0007]步骤四，通过挤出流量的实时动态变化，实现3D打印喷嘴挤出物料的体积更加均匀稳定。
[0008]进一步优选，
[0009]采用三维激光扫描仪采集并记录3D打印机内部送丝装置处丝材表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息。
[0010]进一步优选，
[0011]记录的信息导入相应软件计算得出该位置丝材的实际横截面积，采用的纯树脂丝材与短纤维增强树脂基丝材直径一般为1.75mm左右。
[0012]进一步优选，
[0013]丝材的横截面积等信息导入3D打印机的控制系统，实时动态调整送丝齿轮的转动
速度，实现单位时间内送入喷嘴的丝材长度发生变化，即丝材的挤出流量，一般流量设置为100％左右。
[0014]进一步优选，
[0015]丝材单位时间内的横截面积与长度的乘积表示该单位时间内的丝材体积，实现每个单位时间内的丝材挤出体积基本恒定不变，即单位时间内，横截面积发生变化时，长度发生相应反向变化。
[0016]进一步优选，
[0017]丝材包括各种纯树脂丝材或短纤维增强树脂基丝材。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0019]实现对3D打印过程中喷嘴挤出流量的实时动态调控，更加准确地成形三维建模的理论模型样件，改善成形质量和表面粗糙不平的问题，同时可以尽可能地降低孔隙率和孔隙大小，综合提升3D打印样件的成形质量和力学性能，提高其经济价值和发展潜力。
附图说明
[0020]图1、为本专利技术一种实时动态调控3D打印挤出流量方法示意图。
[0021]图2、为丝材横截面积变化对3D打印样件的表面质量示意图；((a)丝材横截面积偏小时，会出现明显孔隙；(b)偏大时，会出现明显物料溢出；(c)调节合适挤出流量，表面质量较好)。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0023]如图1所示，本实施例的一种实时动态调控3D打印挤出流量方法，包括以下步骤：
[0024]步骤一，采用三维激光扫描仪采集并记录3D打印机内部送丝装置处丝材表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息。
[0025]步骤二，软件处理采集的三维坐标数据并计算得出该处丝材的横截面积；记录的信息导入相应软件计算得出该位置丝材的实际横截面积，采用短碳纤维增强聚醚醚酮基丝材直径基本在1.60
‑
1.75mm范围内波动。
[0026]步骤三，丝材的横截面积等信息导入3D打印机的控制系统，实时动态调整送丝齿轮的转动速度，实现单位时间内送入喷嘴的丝材长度发生变化，即丝材的挤出流量，基本在100
±
10％。根据3D打印送丝过程中该位置丝材横截面积的变化，实时动态调整送丝齿轮的转动速度，即3D打印的丝材挤出流量；
[0027]根据公式V＝S*2πnr，其中V为挤出物料的体积(mm3)，S为采集计算丝材的横截面积(mm2)，n为挤出机转速(r/s)，r为与挤出机相连接的送丝齿轮半径(mm)，因此保持单位时间内挤出物料的体积恒定，在丝材横截面积发生变化时，挤出机转速需要相应的反向变化。
[0028]具体实施例如下：根据3D打印机的默认设定，挤出流量为100％，设备安装的送丝齿轮半径r为5mm。如果在切片参数中设置打印速度v1为30mm/s，根据公式v＝2πnr，则挤出
机转速n1约为0.955(r/s)。当丝材直径为1.75mm时，丝材的横截面积约为2.4mm2，那么在1s内，挤出物料的体积V则约为72mm3；如果某一时间点，丝材直径变小为1.7mm，那么采集并计算到横截面积为2.3mm2，因此为了实现在1s内挤出物料体积仍为72mm3，则需要加快挤出机的转速n，根据公式V＝S*2πnr可得，挤出机转速n2为0.996(r/s)，则此时挤出流量相应变化为104.3％。
[0029]步骤四，通过挤出流量的实时动态变化，实现3D打印喷嘴挤出物料的体积更加均匀稳定。
[0030]丝材单位时间内的横截面积与长度的乘积表示该单位时间内的丝材体积，实现每个单位时间内的丝材挤出体积基本恒定不变，即当丝材直径变小时，送丝齿轮的转动速度相应增大；当丝材直径变大时，送丝齿轮的转动速度相应减小。
[0031]如图2所示，丝材横截面积变化对3D打印样件表面质量的影响，(a)丝材横截面积偏小时，会出现明显孔隙；(b)偏大时，会出现明显物料溢出；(c)调节合适挤出流量，表面质量较好。本专利技术方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时动态调控3D打印挤出流量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用三维激光扫描仪采集3D打印机内部送丝装置处丝材的三维坐标数据；步骤二，计算软件处理采集的三维坐标数据并计算得出该处丝材的横截面积；步骤三，根据3D打印送丝过程中该位置丝材横截面积的变化，实时动态调整送丝齿轮的转动速度，即3D打印的丝材挤出流量；根据公式V＝S*2πnr，其中V为挤出物料的体积(mm3)，S为采集计算丝材的横截面积(mm2)，n为挤出机转速(r/s)，r为与挤出机相连接的送丝齿轮半径(mm)，因此保持单位时间内挤出物料的体积恒定，在丝材横截面积发生变化时，挤出机转速需要相应的反向变化；步骤四，通过挤出流量的实时动态变化，实现3D打印喷嘴挤出物料的体积更加均匀稳定。2.根据权利要求1所述的一种实时动态调控3D打印挤出流量方法，其特征在于：采用三维激...

【专利技术属性】
技术研发人员：范聪泽，单忠德，丁学军，宋文哲，郑菁桦，陈意伟，王靖轩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：