[發明專利]自適應流量控制的熔融擠出增材制造裝置及方法

在審

• 申請號: 202310583662.5
• 申請日: 2023-05-23
• 公開（公告）號: CN116587602A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 宋長輝;胡立雅;鐘易孜;陳纘;劉洪添;劉子彬;余進賢
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/321;B29C64/118;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 戴曉琴

1.一種自適應流量控制的熔融擠出增材制造裝置，其特征在于，包括進料控速機構、熔融出料機構、打印噴頭、智能視覺識別模塊和控制中心，所述進料控速機構設置在熔融出料機構上，所述熔融出料機構的下端與打印噴頭連接；

所述進料控速機構包括蝸桿驅動電機、升降機構、螺桿驅動電機以及進料螺桿，所述升降機構包括連接平臺，所述蝸桿驅動電機用于控制連接平臺的直線升降，所述螺桿驅動電機設置在連接平臺上，所述螺桿驅動電機的下端與進料螺桿的上端連接，所述進料螺桿的下端設置在熔融出料機構的料筒內；所述蝸桿驅動電機和螺桿驅動電機分別與所述控制中心通信連接；

所述智能視覺識別模塊用于捕捉打印噴頭擠出材料的圖像并根據圖像對打印寬度進行識別，且與所述控制中心通信連接；

所述控制中心用于根據識別的寬度信息對進料控速機構進行實時控制以使進料螺桿移動，從而實現對熔融出料機構擠出材料流速的實時控制。

2.根據權利要求1所述的熔融擠出增材制造裝置，其特征在于，所述升降機構還包括兩個蝸桿、兩個線齒輪和兩個移動導軌；兩個蝸桿驅動電機分別安裝在連接平臺的對應兩側，蝸桿驅動電機的一端與蝸桿的一端連接以驅動蝸桿轉動，蝸桿與線齒輪相互嚙合以帶動線齒輪轉動；兩個線齒輪通過轉軸連接，轉軸上套連著連接平臺；在轉軸的一側，連接平臺部分設置在兩個移動導軌上。

3.根據權利要求2所述的熔融擠出增材制造裝置，其特征在于，所述升降機構還包括多個移動限位機構，所述移動限位機構分別設置在移動導軌的上下兩側，通過限制連接平臺的移動范圍以控制進料螺桿上升與下降的高度，實現對擠出材料寬度的精確調控。

4.根據權利要求1所述的熔融擠出增材制造裝置，其特征在于，所述料筒內部采用多梯度錐形緩沖結構，隨著料筒深度增加，內部料筒寬度逐級遞減，以使物料在流動過程中有足夠的緩沖時間，減少了顆粒料的堆積。

5.根據權利要求4所述的熔融擠出增材制造裝置，其特征在于，所述料筒下段采用鏤空處理，形成了內料筒外壁與外料筒內壁間的中空保溫結構，且外料筒外壁上包覆有保溫材料，內料筒內熱量得到了較好截留，并保證了顆粒料受熱的充分性與均勻性。

6.根據權利要求1～5任一項所述的熔融擠出增材制造裝置，其特征在于，所述智能視覺識別模塊包括攝像頭以及反饋模塊，所述攝像頭用于捕捉打印噴頭擠出材料的圖像并發送給反饋模塊，所述反饋模塊根據圖像對打印的寬度進行精確識別。

7.一種增材制造系統，其特征在于，包括打印臺和權利要求1～6任一項所述的熔融擠出增材制造裝置，所述打印臺用于承載所述熔融擠出增材制造裝置中打印噴頭擠出的材料。

8.一種自適應流量控制的熔融擠出增材制造方法，其特征在于，基于權利要求1～6中任一項所述的熔融擠出增材制造裝置或權利要求7所述的增材制造系統實現，所述方法包括如下步驟：

S1：讀取打印模型，并將打印模型進行分層切片；

S2：識別每層模型的特征尺寸，并根據切片信息獲取打印材料寬度理論值與寬度變化的允許區間；

S3：利用熔融擠出增材制造裝置開始打印；

S4：在打印的同時，利用智能視覺識別模塊對擠出材料進行圖像采集，并根據圖像對打印的材料寬度進行識別，將識別的寬度信息反饋至控制中心；

S5：控制中心根據識別的寬度信息，判斷打印寬度是否在理論允許范圍內；

若是，則重復步驟S4～S5，直到打印結束，否則，執行下面的步驟：

根據識別的寬度信息與理論允許值比較的結果，通過控制中心對進料控速機構進行實時調節以使進料螺桿上升或下降；

若打印寬度已調整至理論允許范圍內之后，通過控制中心對進料控速機構進行調節以使進料螺桿回到原位；

若打印未結束，則返回步驟S4并繼續執行后續步驟。