一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序

专利类型 发明公开 法律事件 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411827503.6 申请日 2024-12-12
公开(公告)号 CN119840154A 公开(公告)日 2025-04-18
申请人 安徽欧冶智能制造有限责任公司; 申请人类型 企业
发明人 王站; 胡荣海; 第一发明人 王站
权利人 安徽欧冶智能制造有限责任公司 权利人类型 企业
当前权利人 安徽欧冶智能制造有限责任公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:安徽省 城市 当前专利权人所在城市:安徽省芜湖市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:安徽省芜湖市繁昌区繁昌经济开发区银河大道5号1#楼科技大厦702 邮编 当前专利权人邮编:241200
主IPC国际分类 B29C64/112 所有IPC国际分类 B29C64/112B29C64/321B29C64/314B29C64/379B33Y10/00B33Y40/00B33Y40/10B33Y40/20
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 芜湖市昌强专利代理事务所 专利代理人 周渭铭;
摘要 本 发明 公开了一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,该基于颗粒料融化的3D打印优化工序通过智能供料装置和闭环控制系统,能够实现供料量的精准控制,确保材料的均匀供给,从而提高打印件的层间结合强度,减少由于供料不均导致的 缺陷 ,采用分区控温的多级加热装置和动态 温度 调节模 块 ,能够根据材料特性和打印层厚度 自动调节 温度分布,保证颗粒料的均匀熔融,减少局部 过热 或冷却不足的问题,最终提升打印件的机械性能,该基于颗粒料融化的3D打印优化工序利用 计算机数控 系统和路径优化 算法 ,结合实时调整的喷头移动速度与材料挤出速率,确保打印件的几何 精度 和表面 质量 ,同时缩短打印时间,提高生产效率。
权利要求

1.一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,包括如下步骤:
S1.颗粒料的预处理
将待打印的颗粒料进行预热,确保颗粒料具有一致的温度,并根据材料特性控制湿度;
S2.颗粒料的定量供给
通过智能供料装置将颗粒料按设定的供给量精确送入打印机;
S3.颗粒料的熔融
采用多级加热装置将颗粒料逐层加热熔融;
S4.逐层成型
通过精密控制打印喷头的移动路径和速度,将熔融后的材料逐层堆积成型,并结合冷却系统进行快速固化;
S5.成型后处理
对已成型的3D打印件进行必要的表面处理
2.根据权利要求1所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S1步骤具体包括以下步骤:
S11.使用具备定时和温控功能的热干燥装置,在恒温70°C的条件下对颗粒料进行3小时的预热;
S12.利用湿度控制系统,使用精准湿度传感器实时监控并保持颗粒料存储环境的湿度在6%至7%之间,湿度超出设定范围时,自动启动除湿或加湿设备调整湿度;
S13.对颗粒料进行自动化颗粒度筛分,筛分粒径设定为0.5毫米至2毫米,剔除不符合要求的颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S2步骤具体包括以下步骤:
S21.在供料装置中设置高精度流量传感器,实时反馈并通过闭环控制系统自动调整供料速率;
S22.通过闭环控制系统精确调节供料量,保持供料量的波动范围在±0.5克以内;
S23.供料装置中集成恒温加热模,使颗粒料在输送过程中保持温度恒定在70°C±2°C。
4.根据权利要求1所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S3步骤具体包括以下步骤:
S31.多级加热装置分为至少三个独立控制的加热区域,每个区域的温度设定分别为
180°C、210°C、240°C,根据颗粒料的熔点和目标打印层厚度自动调整温度;
S32.在熔融过程中采用温度梯度控制技术,逐渐提升温度;
S33.配备动态温度调节模块,实时检测并调整加热区域的温度分布。
5.根据权利要求1所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S4步骤具体包括以下步骤:
S41.利用精密计算机数控系统实时监控打印喷头的移动路径,并通过路径优化算法减少打印时间;
S42.在成型过程中,喷头的移动速度和材料的挤出速率依据实时计算的打印层厚度和几何形状动态调整,保证层间结合强度达到30兆帕以上,表面光洁度达到Ra1.6微米;
S43.采用高效风冷或冷系统对每一打印层在5秒内完成快速固化,冷却温度控制
20°C至30°C之间,固化后立即启动下一层打印。
6.根据权利要求1所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S5步骤具体包括以下步骤:
S51.对成型后的3D打印件进行全方位自动化表面检测,检测内容包括表面光滑度、层间结合强度和材料均匀性,检测精度为0.01毫米,并将检测结果记录存档;
S52.根据表面检测结果,通过自动化处理设备对表面缺陷进行局部修复;
S53.在表面处理完成后,对打印件进行物理和机械性能测试,包括拉伸强度(>50兆帕)、硬度(>80邵氏硬度)和耐磨性测试。
7.根据权利要求2所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S12步骤的湿度控制系统进一步包括:
S121.设置环境湿度监测模块,实时监测打印室内湿度变化,采样间隔为10秒,并通过中央控制系统自动调节颗粒料的存储环境湿度,湿度波动控制在±1%以内;
S122.在湿度超过设定范围时,自动启动除湿或加湿设备,使环境湿度迅速回到6%至7%之间。
8.根据权利要求3所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S22步骤中的闭环控制系统包括:
S221.配备供料速率反馈模块,检测并反馈供料速率至控制系统,系统根据实时数据自动调整供料量,供料速率误差不超过±0.2克;
S222.供料速率反馈模块与打印喷头的移动路径同步。
9.根据权利要求4所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S33步骤的动态温度调节模块进一步包括:
S331.配备红外温度传感器,用于实时监测颗粒料在熔融过程中的温度分布,并通过数据反馈控制系统调整各加热区域的功率,
S332.温度传感器数据实时反馈至控制系统,调整各加热区域的功率输出。
10.根据权利要求5所述的一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,其特征在于,其中,S43步骤中的高效冷却系统进一步包括:
S431.采用双通道冷却技术,其中一通道用于快速冷却已打印层表面,另一通道用于冷却未打印区域;
S432.冷却系统与打印路径规划系统联动,通过计算各打印区域的热量分布和材料特性,动态调整冷却风速和冷却路径。

说明书全文

一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序

技术领域

[0001] 本发明涉及增材制造技术领域,具体为一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序。

背景技术

[0002] 随着3D打印技术的广泛应用,尤其是在工业制造、航空航天和医疗领域,打印精度和成品质量要求日益提高。传统的基于丝材或粉末的3D打印工艺在精度、速度、和材料利用率上存在一定的局限性。为解决这些问题,颗粒料融化的3D打印技术应运而生,它不仅能够提高打印精度,还能利用更为广泛的材料类型。然而,现有的基于颗粒料的3D打印工序在材料供给、熔融控制、成型速度和后处理等方面尚存在许多技术挑战,如供料不稳定导致的层间结合差、熔融不均匀导致的材料性能不一致、以及成品表面质量不达标等问题。
[0003] 为解决上述问题,本发明提出了一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,通过对颗粒料的预处理、精准的供料控制、多级熔融加热、精密成型和表面处理等步骤进行全面优化,能够大幅提高3D打印的成型精度和最终成品质量,适用于高精度要求的工业应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,以解决上述背景技术中提出的现有技术存在的问题。
[0005] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案,一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,包括如下步骤:
[0006] S1.颗粒料的预处理
[0007] 将待打印的颗粒料进行预热,确保颗粒料具有一致的温度,并根据材料特性控制湿度;
[0008] S2.颗粒料的定量供给
[0009] 通过智能供料装置将颗粒料按设定的供给量精确送入打印机
[0010] S3.颗粒料的熔融
[0011] 采用多级加热装置将颗粒料逐层加热熔融;
[0012] S4.逐层成型
[0013] 通过精密控制打印喷头的移动路径和速度,将熔融后的材料逐层堆积成型,并结合冷却系统进行快速固化
[0014] S5.成型后处理
[0015] 对已成型的3D打印件进行必要的表面处理。
[0016] 优选的,其中,S1步骤具体包括以下步骤:
[0017] S11.使用具备定时和温控功能的热干燥装置,在恒温70℃的条件下对颗粒料进行3小时的预热;
[0018] S12.利用湿度控制系统,使用精准湿度传感器实时监控并保持颗粒料存储环境的湿度在6%至7%之间,湿度超出设定范围时,自动启动除湿或加湿设备调整湿度;
[0019] S13.对颗粒料进行自动化颗粒度筛分,筛分粒径设定为0.5毫米至2毫米,剔除不符合要求的颗粒。
[0020] 优选的,其中,S2步骤具体包括以下步骤:
[0021] S21.在供料装置中设置高精度流量传感器,实时反馈并通过闭环控制系统自动调整供料速率;
[0022] S22.通过闭环控制系统精确调节供料量,保持供料量的波动范围在±0.5克以内;
[0023] S23.供料装置中集成恒温加热模,使颗粒料在输送过程中保持温度恒定在70℃±2℃。
[0024] 优选的,其中,S3步骤具体包括以下步骤:
[0025] S31.多级加热装置分为至少三个独立控制的加热区域,每个区域的温度设定分别为180℃、210℃、240℃,根据颗粒料的熔点和目标打印层厚度自动调整温度;
[0026] S32.在熔融过程中采用温度梯度控制技术,逐渐提升温度;
[0027] S33.配备动态温度调节模块,实时检测并调整加热区域的温度分布。
[0028] 优选的,其中,S4步骤具体包括以下步骤:
[0029] S41.利用精密计算机数控系统实时监控打印喷头的移动路径,并通过路径优化算法减少打印时间;
[0030] S42.在成型过程中,喷头的移动速度和材料的挤出速率依据实时计算的打印层厚度和几何形状动态调整,保证层间结合强度达到30兆帕以上,表面光洁度达到Ra1.6微米;
[0031] S43.采用高效风冷或冷系统对每一打印层在5秒内完成快速固化,冷却温度控制在20℃至30℃之间,固化后立即启动下一层打印。
[0032] 优选的,其中,S5步骤具体包括以下步骤:
[0033] S51.对成型后的3D打印件进行全方位自动化表面检测,检测内容包括表面光滑度、层间结合强度和材料均匀性,检测精度为0.01毫米,并将检测结果记录存档;
[0034] S52.根据表面检测结果,通过自动化处理设备对表面缺陷进行局部修复;
[0035] S53.在表面处理完成后,对打印件进行物理和机械性能测试,包括拉伸强度(>50兆帕)、硬度(>80邵氏硬度)和耐磨性测试。
[0036] 优选的,其中,S12步骤的湿度控制系统进一步包括:
[0037] S121.设置环境湿度监测模块,实时监测打印室内湿度变化,采样间隔为10秒,并通过中央控制系统自动调节颗粒料的存储环境湿度,湿度波动控制在±1%以内;
[0038] S122.在湿度超过设定范围时,自动启动除湿或加湿设备,使环境湿度迅速回到6%至7%之间。
[0039] 优选的,其中,S22步骤中的闭环控制系统包括:
[0040] S221.配备供料速率反馈模块,检测并反馈供料速率至控制系统,系统根据实时数据自动调整供料量,供料速率误差不超过±0.2克;
[0041] S222.供料速率反馈模块与打印喷头的移动路径同步。
[0042] 优选的,其中,S33步骤的动态温度调节模块进一步包括:
[0043] S331.配备红外温度传感器,用于实时监测颗粒料在熔融过程中的温度分布,并通过数据反馈控制系统调整各加热区域的功率。
[0044] S332.温度传感器数据实时反馈至控制系统,调整各加热区域的功率输出。
[0045] 优选的,其中,S43步骤中的高效冷却系统进一步包括:
[0046] S431.采用双通道冷却技术,其中一通道用于快速冷却已打印层表面,另一通道用于冷却未打印区域;
[0047] S432.冷却系统与打印路径规划系统联动,通过计算各打印区域的热量分布和材料特性,动态调整冷却风速和冷却路径。
[0048] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0049] 1、该基于颗粒料融化的3D打印优化工序通过智能供料装置和闭环控制系统,能够实现供料量的精准控制,确保材料的均匀供给,从而提高打印件的层间结合强度,减少由于供料不均导致的缺陷;
[0050] 2、该基于颗粒料融化的3D打印优化工序采用分区控温的多级加热装置和动态温度调节模块,能够根据材料特性和打印层厚度自动调节温度分布,保证颗粒料的均匀熔融,减少局部过热或冷却不足的问题,最终提升打印件的机械性能;
[0051] 3、该基于颗粒料融化的3D打印优化工序利用计算机数控系统和路径优化算法,结合实时调整的喷头移动速度与材料挤出速率,确保打印件的几何精度和表面质量,同时缩短打印时间,提高生产效率;
[0052] 4、该基于颗粒料融化的3D打印优化工序的高效冷却系统通过双通道冷却技术,实现打印层的快速固化,防止热积累引起的变形,后续的表面处理和检测步骤确保成品表面光洁度和一致性,符合工业级标准;
[0053] 5、该基于颗粒料融化的3D打印优化工序通过在成型后处理阶段,自动化表面检测与修复系统能够精确检测打印件的表面缺陷,并根据检测结果进行激光修复或打磨,进一步提高打印件的质量和使用寿命。附图说明
[0054] 图1为本发明一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序的流程图

具体实施方式

[0055] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0056] 在发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0057] 在发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0058] 请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种基于颗粒料融化的3D打印优化工序,包括如下步骤:
[0059] S1.颗粒料的预处理
[0060] 将待打印的颗粒料进行预热,确保颗粒料具有一致的温度,并根据材料特性控制湿度;
[0061] S2.颗粒料的定量供给
[0062] 通过智能供料装置将颗粒料按设定的供给量精确送入打印机;
[0063] S3.颗粒料的熔融
[0064] 采用多级加热装置将颗粒料逐层加热熔融;
[0065] S4.逐层成型
[0066] 通过精密控制打印喷头的移动路径和速度,将熔融后的材料逐层堆积成型,并结合冷却系统进行快速固化;
[0067] S5.成型后处理
[0068] 对已成型的3D打印件进行必要的表面处理。
[0069] 具体的,通过预处理、定量供给、熔融、逐层成型和成型后处理等步骤的综合优化,本发明能够有效提高3D打印的精度和材料利用率,减少打印过程中的缺陷和材料浪费,预热和湿度控制确保了颗粒料的均匀性,定量供给精确控制了材料使用量,逐层成型结合冷却系统提高了打印件的强度和表面质量,而成型后处理则进一步优化了打印件的最终性能。
[0070] 其中,S1步骤具体包括以下步骤:
[0071] S11.使用具备定时和温控功能的热风干燥装置,在恒温70℃的条件下对颗粒料进行3小时的预热;
[0072] S12.利用湿度控制系统,使用精准湿度传感器实时监控并保持颗粒料存储环境的湿度在6%至7%之间,湿度超出设定范围时,自动启动除湿或加湿设备调整湿度;
[0073] S13.对颗粒料进行自动化颗粒度筛分,筛分粒径设定为0.5毫米至2毫米,剔除不符合要求的颗粒。
[0074] 具体的,通过具体的预处理步骤,尤其是对颗粒料的温度和湿度精确控制,确保了在打印过程中颗粒料的物理性质保持稳定,从而避免了因材料特性变化导致的打印质量下降,自动化颗粒度筛分则保证了颗粒料的均匀性,提高了打印件的结构一致性和机械性能。
[0075] 其中,S2步骤具体包括以下步骤:
[0076] S21.在供料装置中设置高精度流量传感器,实时反馈并通过闭环控制系统自动调整供料速率;
[0077] S22.通过闭环控制系统精确调节供料量,保持供料量的波动范围在±0.5克以内;
[0078] S23.供料装置中集成恒温加热模块,使颗粒料在输送过程中保持温度恒定在70℃±2℃。
[0079] 具体的,通过高精度流量传感器和闭环控制系统对供料量的实时监控与调节,使材料供给与打印速度高度匹配,减少了因供料不均导致的打印缺陷。恒温加热模块确保颗粒料在输送过程中保持适当的温度,避免了由于温度波动引起的材料堵塞或熔融问题,从而保证了打印过程的连续性和稳定性
[0080] 其中,S3步骤具体包括以下步骤:
[0081] S31.多级加热装置分为至少三个独立控制的加热区域,每个区域的温度设定分别为180℃、210℃、240℃,根据颗粒料的熔点和目标打印层厚度自动调整温度;
[0082] S32.在熔融过程中采用温度梯度控制技术,逐渐提升温度;
[0083] S33.配备动态温度调节模块,实时检测并调整加热区域的温度分布。
[0084] 具体的,通过分区控温的多级加热装置和动态温度调节模块,使颗粒料在打印过程中的熔融更加均匀,温度梯度控制技术避免了局部过热或冷却不足的情况,确保了打印层的结合强度,温度控制的精确性尤其在复杂几何形状的打印中体现出明显的优势,能够有效减少热变形,提高打印件的尺寸精度。
[0085] 其中,S4步骤具体包括以下步骤:
[0086] S41.利用精密计算机数控系统实时监控打印喷头的移动路径,并通过路径优化算法减少打印时间;
[0087] S42.在成型过程中,喷头的移动速度和材料的挤出速率依据实时计算的打印层厚度和几何形状动态调整,保证层间结合强度达到30兆帕以上,表面光洁度达到Ra1.6微米;
[0088] S43.采用高效风冷或水冷系统对每一打印层在5秒内完成快速固化,冷却温度控制在20℃至30℃之间,固化后立即启动下一层打印。
[0089] 具体的,通过路径优化算法的应用,本发明显著提高了打印效率并降低了材料浪费,喷头移动速度和材料挤出速率的动态调整保证了层间结合的强度和表面质量,同时高效冷却系统有效防止了热积累引发的变形或开裂问题,确保打印件具有良好的结构完整性和表面光洁度。
[0090] 具体的,路径优化算法可以采用A*算法或Dijkstra算法。其中,A*算法通过估算从起点到终点的总路径代价,并结合启发式估计函数来选择最优路径,启发式估计函数一般是基于当前节点到目标节点的直线距离等进行估计。A*算法在路径搜索中能够综合考虑路径的长度和搜索效率,常用于复杂路径规划问题。而Dijkstra算法是寻找单源最短路径的经典算法,它逐步扩展每个节点的路径并选择当前最短的路径。Dijkstra算法在搜索过程中不依赖启发式函数,因此它适用于需要找到绝对最短路径的场景。
[0091] 具体的,在本发明的3D打印路径规划中,A*算法或Dijkstra算法用于优化打印喷头的移动路径。假设在打印复杂的几何形状时,喷头需要移动到多个指定点(A点、B点、C点),每个点代表不同的打印区域,为了提高打印效率并减少材料浪费,系统会基于当前几何形状计算出喷头从起点移动到终点的最佳路径。使用A*算法,系统会计算每个可能的路径,并利用启发式函数估算喷头到达终点的最小代价路径,假设当前路径A→C→B比A→B→C更短,系统会选择A→C→B作为喷头移动路径。使用Dijkstra算法,系统会逐步扩展每个节点的路径,并计算到达下一个节点的最小代价路径,假设当前路径A→B→C总代价最低,系统将选择这条路径。
[0092] 其中,S5步骤具体包括以下步骤:
[0093] S51.对成型后的3D打印件进行全方位自动化表面检测,检测内容包括表面光滑度、层间结合强度和材料均匀性,检测精度为0.01毫米,并将检测结果记录存档;
[0094] S52.根据表面检测结果,通过自动化处理设备对表面缺陷进行局部修复;
[0095] S53.在表面处理完成后,对打印件进行物理和机械性能测试,包括拉伸强度(>50兆帕)、硬度(>80邵氏硬度)和耐磨性测试。
[0096] 具体的,通过自动化的表面检测和修复处理,进一步提高了3D打印件的质量,表面光滑度、层间结合强度等指标的严格检测和修复使得成品质量达到工业级标准,此外,物理和机械性能测试确保了打印件的耐用性和可靠性,满足实际应用的高要求。
[0097] 其中,S12步骤的湿度控制系统进一步包括:
[0098] S121.设置环境湿度监测模块,实时监测打印室内湿度变化,采样间隔为10秒,并通过中央控制系统自动调节颗粒料的存储环境湿度,湿度波动控制在±1%以内;
[0099] S122.在湿度超过设定范围时,自动启动除湿或加湿设备,使环境湿度迅速回到6%至7%之间。
[0100] 具体的,通过对湿度的精确控制,本发明可以有效防止材料性能因环境湿度波动而发生变化,自动除湿或加湿设备的启用,使得颗粒料的物理性质稳定,确保了打印过程的顺利进行和打印件的质量一致性。
[0101] 其中,S22步骤中的闭环控制系统包括:
[0102] S221.配备供料速率反馈模块,检测并反馈供料速率至控制系统,系统根据实时数据自动调整供料量,供料速率误差不超过±0.2克;
[0103] S222.供料速率反馈模块与打印喷头的移动路径同步。
[0104] 具体的,供料速率反馈模块的应用使得材料供给更加精准,供料速率和打印速度的匹配度显著提高,减少了打印过程中的供料不足或过剩问题,从而提升了打印件的整体质量,该模块尤其在高速打印过程中效果显著,能够确保打印件的内部结构均匀且无缺陷。
[0105] 其中,S33步骤的动态温度调节模块进一步包括:
[0106] S331.配备红外温度传感器,用于实时监测颗粒料在熔融过程中的温度分布,并通过数据反馈控制系统调整各加热区域的功率。
[0107] S332.温度传感器数据实时反馈至控制系统,调整各加热区域的功率输出。
[0108] 具体的,红外温度传感器的应用确保了打印过程中温度控制的精准性,特别是在打印复杂几何形状时,能够实时调整各加热区域的功率,确保材料的均匀熔融,减少热变形和其他温度相关缺陷。
[0109] 其中,S43步骤中的高效冷却系统进一步包括:
[0110] S431.采用双通道冷却技术,其中一通道用于快速冷却已打印层表面,另一通道用于冷却未打印区域;
[0111] S432.冷却系统与打印路径规划系统联动,通过计算各打印区域的热量分布和材料特性,动态调整冷却风速和冷却路径。
[0112] 具体的,双通道冷却系统的应用使得冷却过程更加高效,既能够快速冷却打印层表面,又能维持未打印区域的温度稳定,避免了因温度不均导致的材料收缩或变形问题,冷却强度和路径的动态调整也使得整个打印过程更加可控,进一步提升了打印件的尺寸精度和表面质量。
[0113] 实施例1
[0114] S1:颗粒料的预处理。
[0115] S11:使用具备定时和温控功能的热风干燥装置,型号为Witte10X‑60干燥机,在恒温70℃的条件下对ABS”材料的颗粒料进行3小时的预热,确保颗粒料内外温度均匀。
[0116] S12:利用湿度控制系统,使用精准湿度传感器实时监控并保持颗粒料存储环境的湿度在6%至7%之间,湿度超出设定范围时,自动启动除湿或加湿设备调整湿度。
[0117] S121:设置环境湿度监测模块,实时监测打印室内湿度变化,采样间隔为10秒,并通过中央控制系统自动调节颗粒料的存储环境湿度,湿度波动控制在±1%以内。
[0118] S122:在湿度超过设定范围时,自动启动除湿或加湿设备,使环境湿度迅速回到6%至7%之间,以保持颗粒料的最佳加工条件,防止材料性能因湿度变化受影响。
[0119] S13:对颗粒料进行自动化颗粒度筛分,筛分粒径设定为0.5毫米至2毫米,剔除不符合要求的颗粒,以确保打印过程中材料的尺寸一致性,从而提升打印精度。
[0120] S2:颗粒料的定量供给。
[0121] S21:在型号为BrabenderDDSR20的供料装置中设置高精度流量传感器,供料装置设定供料量为每秒8克,能够以0.1秒为间隔监测颗粒料的供给速率,实时反馈并通过闭环控制系统自动调整供料速率,确保供料与打印进度匹配。
[0122] S22:通过闭环控制系统精确调节供料量,保持供料量的波动范围在±0.5克以内,以确保每层材料供给的一致性,避免因供料不均导致的层间结合强度不足。
[0123] S221:配备供料速率反馈模块,能够以每秒10次的频率检测并反馈供料速率至控制系统,系统根据实时数据自动调整供料量,供料速率误差不超过±0.2克。
[0124] S222:供料速率反馈模块与打印喷头的移动路径同步,确保供料量与实际打印需求高度匹配,避免因供料过剩或不足导致的打印缺陷,供料偏差不超过±0.1克。
[0125] S23:供料装置中集成恒温加热模块,使颗粒料在输送过程中保持温度恒定在70℃±2℃,以避免供料管道内颗粒料因温度波动导致的熔融或堵塞问题。
[0126] S3:颗粒料的熔融。
[0127] S31:设置型号为LeisterLHS61L的多级加热装置,多级加热装置分为至少三个独立控制的加热区域,每个区域的温度设定分别为180℃、210℃、240℃,根据颗粒料的熔点和目标打印层厚度自动调整温度,避免过热或不完全熔融现象。
[0128] S32:在熔融过程中采用温度梯度控制技术,通过逐渐提升温度(每层温度提升不超过10℃),确保颗粒料从外层到内层均匀熔融,减少局部过热或冷却不足现象,熔融时间控制在5至10秒之间。
[0129] S33:配备动态温度调节模块,实时检测并调整加热区域的温度分布,尤其在打印复杂几何形状时,通过红外温度传感器精确监测温度分布,确保每层材料均匀熔融。
[0130] S331:配备红外温度传感器,测量范围为50℃至300℃,精度为±2℃,用于实时监测颗粒料在熔融过程中的温度分布,并通过数据反馈控制系统调整各加热区域的功率。
[0131] S332:温度传感器数据实时反馈至控制系统,通过调整各加热区域的功率输出,实现温度分布的精准控制,确保熔融均匀性,即使在复杂几何形状的打印过程中,温度误差控制在±5℃以内。
[0132] S4:逐层成型。
[0133] S41:利用精密计算机数控系统实时监控打印喷头的移动路径,并通过路径优化算法(如A*算法或Dijkstra算法)减少打印时间和材料浪费,优化后的路径偏差不超过0.1毫米。
[0134] S42:在成型过程中,喷头的移动速度(10至50毫米/秒)和材料的挤出速率依据实时计算的打印层厚度和几何形状动态调整,保证层间结合强度达到30兆帕以上,表面光洁度达到Ra1.6微米。
[0135] S43:采用高效风冷或水冷系统对每一打印层在5秒内完成快速固化,冷却温度控制在20℃至30℃之间,固化后立即启动下一层打印,避免热积累导致的材料变形或开裂。
[0136] S431:采用双通道冷却技术,其中一通道用于快速冷却已打印层表面,另一通道用于冷却未打印区域,冷却风速设定为每秒2至4米,冷却液流速设定为每秒1至2升,以确保打印件表面温度在30℃以下。
[0137] S432:冷却系统与打印路径规划系统联动,通过计算各打印区域的热量分布和材料特性,动态调整冷却风速和冷却路径,以实现局部区域的精准冷却,避免热积累引起的变形,冷却时间控制在5至10秒内。
[0138] S5:成型后处理。
[0139] S51:对成型后的3D打印件进行全方位自动化表面检测,检测内容包括表面光滑度、层间结合强度和材料均匀性,检测精度为0.01毫米,并将检测结果记录存档。
[0140] S52:根据表面检测结果,通过自动化处理设备对表面缺陷进行局部修复,如采用激光功率为25瓦的激光修复或进行微米级打磨(打磨精度为0.001毫米),确保最终成品的表面质量达到工业级标准。
[0141] S53:在表面处理完成后,对打印件进行物理和机械性能测试,包括拉伸强度(>50兆帕)、硬度(>80邵氏硬度)和耐磨性测试,以确保打印件符合预期的使用要求,测试结果误差不超过5%。
[0142] 打印过程中,材料供给与打印速度高度匹配,打印出的3D件表面光滑,层间结合强度超过35兆帕,经过表面处理后,表面光洁度达到Ra1.5微米。
[0143] 实施例2
[0144] 与实施例1中的其它步骤保持一致。
[0145] 实施例2中,除S4步骤中,使用BeagleBoneBlack单板计算机搭载A*算法,优化打印喷头路径。在打印复杂几何形状时,通过计算最小代价路径,喷头以每秒25毫米的速度移动,大幅减少了打印时间。
[0146] 实施例2中,除S43步骤中,采用双通道冷却系统,第一通道冷却温度设定为25℃,第二通道维持未打印区域的温度在30℃,确保打印件没有因温差过大而发生变形。
[0147] 成型后,3D打印件经过TrumpfTruLaser1030设备进行表面处理和质量检测,最终产品的表面光滑度达到工业级标准,机械性能测试结果显示拉伸强度为55兆帕,硬度为85邵氏硬度,满足高强度应用需求。
[0148] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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