[發(fā)明專利]一種基于微流擠出工藝的漿料擠出裝置及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910006537.1
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109465945B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 段國林;劉志鵬;周婧;蔡瑾;張靜;夏曉光;王安邦
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種基于微流擠出工藝的漿料擠出裝置及其控制方法。該裝置的組成包括基座、步進電動缸、壓力傳感器和注射器；其中，所述的基座的正面上方固定有步進電動缸，步進電動缸推桿的底部中心，通過卡扣固定有壓力傳感器；基座的下部，通過螺釘固定有圓形的卡套；注射器通過圓形卡套進行固定；步進電動缸推桿、紐扣型壓力傳感器和注射器由上到下，并且三者共軸。本發(fā)明可根據擠出速度/掃描速度匹配機制控制模塊中闡述的算法將漿料的擠出速度與打印過程中成型平臺的掃描速度進行在線匹配，同時利用儲料裝置內部壓力穩(wěn)定控制模塊中闡述的算法保證擠出打印過程中出絲速率穩(wěn)定，從而提高打印成型精度。

技術領域

本發(fā)明屬于增材制造快速成型制造技術領域，尤其涉及了一種基于微流擠出工藝的增材制造漿料擠出裝置控制系統(tǒng)。

背景技術

在增材制造快速成型技術領域，打印材料限制了新型打印技術的發(fā)展。常見的3D打印制造技術有熔融沉積、光固化等，若要制造涉及陶瓷義齒、陶瓷零件等小型陶瓷產品，可制備氧化鋯陶瓷漿料，對氧化鋯陶瓷漿料進行逐層堆積，形成最后所需要的3D打印制件。這種將漿料通過微小流道擠出并逐層堆積成型的工藝稱之為微流擠出工藝。基于微流擠出工藝的增材制造技術適用于膏體漿料的打印，其成型原理類似于FDM工藝，都是將材料通過微小的流道擠出，在X、Y平面上進行堆積、逐層累積，最終形成目標制件。現階段的擠出成型控制系統(tǒng)中，控制模塊大致由機械運動驅動模塊、壓力控制模快、通信模塊、顯示器驅動模塊、基于Marlin固件的數據處理模塊等組成，系統(tǒng)運行過程中，機械運動驅動模塊控制機構運動、壓力控制模塊控制擠出裝置內部壓力，各個控制模塊相對獨立，并沒有進行協(xié)作控制。在基于微流擠出工藝的增材制造成型過程中，打印漿料的擠出速度往往會產生波動，造成擠出速度不穩(wěn)定的現象；同時漿料往往無法連續(xù)地、無差地貼合在成型平臺上。若掃描速度遠遠大于漿料的擠出速度，擠出裝置所擠出的漿料不能及時填充到相應的打印路徑上，造成拉絲現象；若掃描速度遠遠小于漿料的擠出速度，擠出裝置所擠出的漿料勢必會在X、Y平面方向上造成漿料的堆積，影響成型制件的打印精度。

綜上所述，現有技術中存在的問題是：漿料擠出裝置無法具有穩(wěn)定的擠出速度，打印裝置的掃描速度與擠出裝置的擠出速度不能及時匹配，在進行擠出速度/掃描速度匹配過程中無法避免漿料擠出速度變化的波動，所以在基于微流擠出工藝的增材制造設備中急需一種漿料擠出裝置控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)要能夠保證擠出裝置的擠出速度穩(wěn)定，依據打印機的掃描速度自動更新漿料的擠出速度，并且通過多種控制模塊協(xié)同調整，最終達到在進行速度匹配更新過程中擠出裝置連續(xù)穩(wěn)定地擠出漿料，避免漿料擠出速度產生較大波動的理想目標。

發(fā)明內容

針對現有技術的不足，本發(fā)明提出了一種基于微流擠出工藝的增材制造漿料擠出裝置控制系統(tǒng)。漿料擠出系統(tǒng)主要由儲料裝置內部壓力穩(wěn)定控制模塊、擠出速度/掃描速度匹配決策控制模塊、漿料擠出初始速度設定模塊和中斷優(yōu)先級設定機制組成，其中儲料裝置內部壓力穩(wěn)定模塊和擠出速度/掃描速度匹配決策控制模塊是該控制系統(tǒng)的核心模塊。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)基于微流擠出工藝增材制造設備控制系統(tǒng)模塊組成的基礎上引進了一種漿料擠出速度/打印機掃描速度匹配決策控制模塊，該模塊的增加，彌補了當前擠出控制系統(tǒng)無法實時匹配漿料擠出速度與掃描速度的問題，減小了打印成型過程中發(fā)生材料堆積或拉絲所造成成型制件精度降低的影響。系統(tǒng)中對擠出機壓力控制模塊進行了優(yōu)化，令擠出裝置壓力控制模塊與擠出速度/掃描速度匹配決策控制模塊實現互補調節(jié)，在速度匹配模塊中更新擠出裝置的擠出速度后通過壓力控制模塊快速調節(jié)擠出裝置內部壓力至穩(wěn)定狀態(tài)。

本發(fā)明的技術方案為：

一種基于微流擠出工藝的漿料擠出裝置，該裝置的組成包括基座、步進電動缸、壓力傳感器和注射器；

其中，所述的基座的正面上方固定有步進電動缸，步進電動缸推桿的底部中心，通過卡扣固定有壓力傳感器；基座的下部，通過螺釘固定有圓形的卡套；注射器通過圓形卡套進行固定；步進電動缸推桿、紐扣型壓力傳感器和注射器由上到下，并且三者共軸。