[發明專利]FDM快速成型機進絲速度控制系統及方法

有效

• 申請號: 201510064160.7
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104669623B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 彭勇剛;陸玲霞
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B29C31/08;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及一種熔絲沉積成型(Fused?Deposition?Modeling,FDM)3D打印裝置的控制方法，更詳細的說，本發明涉及一種FDM快速成型機的進絲速度控制系統及方法。

背景技術

熔絲沉積成型(Fused?Deposition?Modeling,FDM)是一種3D打印加工成型方法，是目前發展最為迅速、最有前途的快速成型技術之一。FDM快速成型機包括進絲機構、打印噴頭、運動控制結構、打印噴頭溫度控制模塊、控制器幾個部分組成。熔融沉積成型的工作原理是將熱熔性材料(如ABS、蠟等材料)通過加熱器熔化，材料先抽成絲狀供打印使用。然后FDM成型設備通過送絲機構將絲狀打印材料送進熱熔噴頭，在噴頭內被加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，將半流動狀態的材料按照加工產品CAD分層數據控制的路徑擠出并沉積在指定的位置凝固成形，并與周圍的材料粘結，層層堆積成型。

如附圖2所示，送絲機構中進絲電機帶動摩擦輪運動，將打印絲狀的打印材料送入打印噴頭，被加熱到熔融態以后，在后續未被融化的固態打印絲擠壓下從打印噴頭擠出，打印噴頭按照CAD模型機計算的路徑進行運動，將擠出的打印材料粘結到前期已經打印的材料上形成新的打印層，只到所有路徑運動完畢，才打印完成整個產品。

進絲機構中進絲電機的轉速直接關系到進入打印噴頭的材料多少，也直接影響著打印噴頭中噴嘴位置熔融態材料的出絲速度，并直接影響到打印的出絲速度和成型質量，因此合適的進絲速度控制策略與方法非常關鍵。目前的FDM快速成型機，其進絲速度控制基本采用固定的速度進行恒速控制，但是實際不同類型材料密度不一樣，打印材料粗細不均勻到影響到實際進入打印噴頭的打印材料質量，同時不同的打印速度以及打印速度的波動都會影響到出絲的速度，因此固定的打印速度控制可能導致初速粗細不均和打印噴頭堵塞等問題。因此需要研究自適應的進絲速度控制方法，克服上述各種干擾因素，使得出絲粗細一致、打印均勻。

本發明就是為了解決上述傳統熔絲沉積成型(FDM)打印進絲速度控制問題，設計一種新的FDM打印進絲速度控制系統及策略，根據打印噴頭模腔內部中已經融化的打印材料的壓力來間接的控制進絲速度，使得進絲量和出絲量一致，提高熔絲沉積成型(FDM)成型質量。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種FDM快速成型機進絲速度控制系統及方法。本發明設計了一種新的FDM打印進絲速度控制系統，能提高熔絲沉積成型(FDM)成型質量。

為解決技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供了一種FDM快速成型機進絲速度控制系統，包括進絲電機控制模塊；還包括：設于FDM打印噴頭上的壓力傳感器，壓力傳感器與壓力設定模塊連接至閉環控制模塊；閉環控制模塊則通過信號線依次連接進絲電機控制模塊和進絲電機；所述進絲電機通過傳動設備聯接至摩擦輪。

本發明進一步提供了基于前述控制系統的FDM快速成型機進絲速度控制方法，包括下述步驟：

(1)通過壓力設定模塊設置打印噴頭模腔內的熔體設定壓力P_S，并送入閉環控制模塊；

(2)由安裝在打印噴頭模腔內的壓力傳感器檢測模腔內熔融態熔體實際壓力P，并傳送壓力信號至閉環控制模塊；

(3)閉環控制模塊根據下式計算得到壓力差值E：

E＝P_s-P??(1)

然后根據PID控制方法計算進絲電機所需的給定進絲速度S，并傳送到進絲電機控制模塊；

給定進絲速度S是指絲狀的打印材料的移動速度，其計算公式如下：

S=KpE+Ki∫0tEdE+KddEdt---(2)]]>