3D打印之FDM工艺控制系统详解(三)

阅读 2166 发布时间:2017-01-13 17:01

送丝机构挤出控制

 FDM 技术的送丝机构具有承上启下作用, 主要任务是在成型过程中,熔融状态的材料不断从喷嘴挤出, 需要保证原始状态的材料可靠地、匀速地进入喷头。送丝驱动结构采用一台或多台电机带动不同结构的摩擦轮对材料驱动,材料被驱动进入喷头时对受热熔融材料产生一定压强,让熔融丝材以稳定的速度挤出.

 为确保驱动力足够, 首先应该从装置方面改进. 增大摩擦轮的摩擦力将有效提高驱动力. 文献是Stratasys公司公开的FDM技术3D打印机丝料盒与丝料盒接收器, 在实例中可以防止细丝受潮. 文献是Stratasys 公司一种FDM 系统, 装有驱动机构, 所述的驱动机构用于供给细丝束以形成模型, 其中电机采用精确伺服电机, 包括编码器, 所述的驱动辊为沟道设计, 包含一系列锯齿状, 用于增加摩擦系

数. 文献介绍了不同驱动轮的改进和送丝驱动力计算. 文献基于主从轮驱动, 并提出主动轮上开V 槽的改进结构, 建议驱动摩擦轮V槽卡角为30°带来的摩擦力最大.

 国内大多FDM打印机采用步进电机提供驱动力, 如华中科技大学研制的HRPR 系列FDM 打印机采用的Lakeside(雷赛)公司的步进电机及驱动器作为系统的执行元件. 由于步进电机控制为开环控制, 启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象, 国外采用的伺服驱动系统为闭环控制, 驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环, 一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象, 控制性能更为可靠. Ding等分析了送丝快速成型技术(Wire-feed AM technology),该技术使用的焊丝直径0.2~1.2mm、激光功率为1.2 kW和2.06 kW时, 焊丝进料速度分别为1~2米/分钟, 焊接尺寸在优化的基础上,力图采取调整焊接参数的方法来解决“台阶效应”。文献基于模糊算法的伺服电机系统, 研究了模糊算法在基于微处理器伺服电机控制的可能, 对比了模型参考自适应控(Model reference adaptive control,MRAC)、PI控制算法后, 通过大量的实验设计和仿真总结得出: 伺服电机由经验丰富的设计者来设定模糊算法规则和期望值时, 在稳态误差、响应时间、稳定时间等重要参数上有明显的优势. 针对可能出现的丝材粗细不均匀、温度引起的熔融状态丝材阻力变化和抖动等外部干扰,文献给出了自适应滑动模型控制, 该研究设计了总滑块模型系统,其对外界参数变化和外部环境干扰有很强的抵抗能

力; 通过仿真和实验验证了自适应滑块模型系统在控制伺服电机较总滑块模型系统时有更好的抵抗外界干扰和防抖动能力.


未完待续;




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