[發明專利]一種提高FDM打印成型質量的方法及實現裝置

有效

• 申請號: 202011295091.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN113147021B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 單忠德;吳思遠;戰麗;孫啟利;劉曉軍;鄒愛玲
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司;南京航空航天大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02
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本發明涉及到一種提高FDM打印成型質量的方法及實現裝置。該方法融合激振與點陣式滾珠同步熱壓實技術、并采用打印質量檢測與反饋的方法，在打印絲材熔融過程、打印件成型過程等階段綜合提高成型質量；方法實現裝置包括激振、同步壓實、質量檢測等機構。通過激振機構，在絲材熔融過程中使纖維、熔融樹脂混合物產生振動，減少氣孔、并提高樹脂與纖維的熔融浸潤性，同時降低堵頭概率；通過帶有滾珠的壓實機構提高打印層間結合強度，實現打印過程中任意方向的即時壓實，壓實溫度、滾珠壓實面與打印成型面間的距離可以精確調節。另外，通過噴頭出口處集成的質量檢測機構，可以實時獲得打印質量信息，并準確定位、判斷缺陷，以此優化打印參數，減少質量不合格成品率。

技術領域

本發明屬于增材制造技術與復合材料交叉領域，具體涉及一種提高FDM打印成型質量的方法及實現裝置。

背景技術

增材制造技術的產生與發展革新了傳統制造模式，其具有快速成型復雜零件、模具，且成本低的特點。按照打印工藝的劃分，可分為選擇性激光燒結(Selective LaserSintering，SLS)，粉末微滴噴射(Three dimensional printing，3DP)，立體光固化(Stereolithography，SLA)、熔融沉積制造(Fused Deposition Modeling，FDM)、疊層實體制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)、等，其中纖維增強樹脂熔融沉積3D打印技術作為增材制造技術中的關鍵一部分，其能夠實現短纖維、長纖維、連續纖維增強樹脂復合材料的打印成型，在航空航天、軌道交通、體育用品等領域有著廣泛的應用前景。纖維增強樹脂熔融沉積3D打印，將打印物體模型進行分層，提取每層截面輪廓信息，然后按一定的路徑沉積樹脂或纖維增強樹脂，打印成型單個截面，然后層層累加成型。

但在實際打印過程中，樹脂往往存在空隙，且纖維與樹脂浸潤不充分，這導致打印出的復合材料強度較低；由于采用分層制造，層間結合由打印噴頭運動，并擠出絲束粘結實現，新打印絲束與底層間不可避免的存在較高的溫差，且層間缺少壓實力，這些因素導致層間結合強度較弱，嚴重制約著其更加廣泛的應用。同時，3D打印成型過程受多工藝參數的控制，也受打印材料體系的影響，打印過程中不可避免會出現缺陷，因此判斷與定位缺陷，優化工藝參數尤為重要，如何快速、精準地實現打印缺陷判斷及工藝參數的優化也成為一個亟待解決的問題。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提出了一種提高FDM打印成型質量的方法及實現裝置。該方法結合激振與點陣式同步壓實技術、并采用打印質量檢測與反饋的方法，在打印熔融過程、打印層間結合過程，打印成型等階段綜合提高成型質量；設計了帶有激振、同步壓實、質量檢測等功能的實現裝置，以實現上述方法。該裝置設計通過在纖維與樹脂熔融腔產生激振，減少樹脂與纖維間的氣孔、提高樹脂與纖維的熔融浸潤性，減少堵頭概率；壓實機構在絲束打印后及時對打印成型區域施加壓實力，壓實方向跟隨打印頭運動，沿任意方向，從而提高層間結合力；通過質量檢測方法，實時獲取打印件質量信息，并準確判斷缺陷及位置，以此優化打印參數，反饋給打印機，減少質量不合格成品率。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

1.一種提高FDM打印成型質量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1,對打印模型進行建模，然后對模型進行分層切片，并生成相應的打印路徑的G代碼；

步驟2，打印機根據打印路徑G代碼，開始打印，當打印樹脂與纖維混合物經過打印頭加熱熔融腔時，采用激振方式，如機械振動或超聲振動等方法，使纖維與樹脂產生一定幅度的振動，振動頻率與振動功率根據需求調節；

步驟3，當打印絲材擠出噴口成型打印面后，按一定位置排列的壓實滾珠陣列隨打印運動方向即時滾壓已成型面，從而提高層間結合強度，壓實滾珠與打印面間的距離與壓實滾珠的溫度根據工藝需求調節；