[發明專利]一種基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法及其系統

有效

• 申請號: 202010198298.7
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111347666B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 田曉青;汪圣宜;馬丁逸飛;韓江;夏鏈
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

1.一種基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其應用于一種3D打印機中；其特征在于，所述3D打印機包括運動控制平臺(1)、氣壓調節裝置(2)、擠出頭(3)以及容器(4)；擠出頭(3)用于將位于容器(4)中的粘性液體擠出在運動控制平臺(1)上并成型至少一個三維打印產品；氣壓調節裝置(2)用于調節容器(4)的氣壓，以改變擠出頭(3)的擠出速度；

所述延遲補償方法包括以下步驟：

對運動控制平臺(1)進行調平，并選擇3D打印工藝參數；其中，在所述3D打印工藝參數中，氣壓調節裝置(2)的氣壓壓力為25Mpa，擠出頭(3)的移動速度范圍為600-3000mm/min，速度增幅為300mm/min，擠出頭(3)的單位增幅為0.2mm；

根據所述3D打印工藝參數，確定打印圖案以及擠出頭(3)的高度H和擠出速度，并定義打印路徑和打印速度；

根據所述打印路徑和打印速度，通過所述3D打印機打印出多個三維打印樣品；

先測量所述三維打印樣品中的路徑寬度，再計算以單位時間內擠出頭(3)所移動的路徑長度為測量間距的同一垂直位置點的路徑寬度比例，最后將所述路徑寬度比例的變化函數作為延遲函數G(t)；

定義擠出頭(3)的速度補償函數：并對擠出頭(3)的移動速度進行補償；式中，V'為擠出頭(3)的實時移動速度，V為在路徑寬度達到穩態時擠出頭(3)的移動速度；

確定路徑寬度達到穩態時擠出頭(3)的移動速度與擠出頭(3)的高度之間的函數關系W(V，H)；

建立所述3D打印機的打印路徑寬度L的數學模型：L＝G(t)×W(V，H)；

根據所述數學模型中打印路徑寬度L的變化量，通過氣壓調節裝置(2)對擠出頭(3)的擠出速度和擠出量進行補償；

其中，容器(4)呈注射筒狀，并具有活塞；擠出頭(3)安裝在容器(4)的注射端上，并與容器(4)連通；所述粘性液體位于所述活塞與擠出頭(3)之間；氣壓調節裝置(2)用于向所述活塞提供氣壓，使所述活塞擠壓所述粘性液至擠出頭(3)；

所述3D打印機還包括外罩；運動控制平臺(1)、氣壓調節裝置(2)、擠出頭(3)以及容器(4)均安裝在所述外罩中；所述外罩由有機玻璃板制成的外罩。

2.如權利要求1所述的基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其特征在于，所述打印圖案為“E”型圖案，其中相同的三段路徑的長度均為150mm，位于所述三段路徑之間的兩段路徑的長度均為10mm。

3.如權利要求1所述的基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其特征在于，擠出頭(3)的內徑為0.84mm，高度的變化范圍為0.2-1.0mm。

4.如權利要求1所述的基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其特征在于，所述粘性液體由道康寧737固化密封膠構成，且邵氏硬度為33A，拉伸強度大于1.2MPa，伸長率大于300％。

5.如權利要求1所述的基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其特征在于，所述打印圖案的形狀為直線型、正弦波型、8字型、卷繞型中的一種。

6.如權利要求5所述的基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其特征在于，所述延遲補償方法還包括以下步驟：

檢測所述外罩中的實時濕度和實時溫度；

根據所述粘性液體的類型，在一個預設濕固化參數表中查詢濕固化所需的濕度閾值以及溫度閾值范圍，并判斷所述實時濕度是否大于所述濕度閾值，還同時判斷所述實時溫度是否位于所述溫度閾值范圍內；

在所述實時濕度低于所述濕度閾值時，增加所述外罩中的環境濕度；

在所述實時溫度低于所述溫度閾值范圍的下限值時，提高所述外罩中的環境溫度；

在所述實時溫度高于所述溫度閾值范圍的上限值時，降低所述外罩中的環境溫度。

7.一種基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償系統，其應用如權利要求1-6中任意一項所述的基于粘性液體擠出的3D打印延遲補償方法，其特征在于，其包括：

調平模塊，其用于先判斷控制平臺(1)的移動平臺是否處于水平狀態；在所述移動平臺未處于水平狀態時，所述調平模塊對所述移動平臺進行調平；

參數確定模塊，其用于確定所述3D打印機的3D打印工藝參數；

打印分析模塊，其用于根據所述3D打印工藝參數，確定打印圖案以及擠出頭(3)的高度H和擠出速度，并定義打印路徑和打印速度；

打印實驗模塊，其用于根據所述打印路徑和打印速度，通過所述3D打印機打印出多個三維打印樣品；

延遲函數確定模塊，其用于先測量所述三維打印樣品中的路徑寬度，再計算以單位時間內擠出頭(3)所移動的路徑長度為測量間距的同一垂直位置點的路徑寬度比例，最后將所述路徑寬度比例的變化函數作為延遲函數G(t)；

速度補償模塊，其用于定義擠出頭(3)的速度補償函數：并對擠出頭(3)的移動速度進行補償；式中，V'為擠出頭(3)的實時移動速度，V為在路徑寬度達到穩態時擠出頭(3)的移動速度；

函數關系確定模塊，其用于確定路徑寬度達到穩態時擠出頭(3)的移動速度與擠出頭(3)的高度之間的函數關系W(V，H)；

模型建立模塊，其用于建立所述3D打印機的打印路徑寬度L的數學模型：L＝G(t)×W(V，H)；以及

擠出補償模塊，其用于根據所述數學模型中打印路徑寬度L的變化量，通過氣壓調節裝置(2)對擠出頭(3)的擠出速度和擠出量進行補償。