熱熔噴頭控制
熱熔噴頭是影響熔融沉積成型技術(shù)成型最重要影響因素之一,熱熔噴頭主要任務(wù)是控制加熱過程及內(nèi)部溫度,其次是調(diào)整噴嘴口徑大小.噴頭的溫度要求極其嚴格，溫度過高會導(dǎo)致材料過熱，出現(xiàn)碳化及延流現(xiàn)象；溫度過低，無法將材料熱熔完全, 影響打印效果. 因此,噴頭加熱、溫度控制及噴嘴設(shè)計的控制很重要.
FDM 熔融沉積成型技術(shù)中, 噴頭的進料方式主要有兩種: 美國Stratasys 公司開發(fā)錐型螺桿噴頭和柱塞式噴頭.錐型螺桿的噴頭由第一級送料機構(gòu)、第二級加壓送料機構(gòu)、加熱和溫控裝置以及噴嘴組合而成, 送絲機構(gòu)將材料送到第二級入口, 由螺桿依靠額外的電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)送料. 在噴頭的推廣和市場運用上, 錐型螺桿式噴頭占有優(yōu)勢, 因為螺桿式噴頭結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、易于實施并且能夠提高擠出材料的速度、粘度和流量的均勻性, 有利于更快地構(gòu)造零件, 提高快速制件的尺寸精度.
Batchelder等研究出能夠提供動態(tài)熔融流體流量控制的熱熔噴頭. 整個系統(tǒng)包括機械驅(qū)動裝置、送料裝備和熱熔噴頭, 該噴頭分為多區(qū)域管理, 可以讓熔融材料的溫度得到更好的控制, 整體系統(tǒng)采用基于測量壓力的控制器組件配置, 使得擠出材料流量驅(qū)動機構(gòu)和消耗材料進給率成為閉環(huán)控制。de Castro等探究了螺桿式噴頭在控制溫度、材料擠壓等工藝參數(shù)變化情況下的成型效果, 指出螺旋擠壓噴頭可以讓FDM打印機在未來實現(xiàn)粉末材料打印. 彭勇剛等研發(fā)了一種基于多段溫度控制的FDM 3D打印噴頭及溫控方法, 利用打印噴頭各段溫度對應(yīng)漸變的控制方法, 保證FDM打印材料時刻保持在可打印狀態(tài), 不會出現(xiàn)由于單一溫度控制, 引起溫度過高或者過低造成的工層坍塌、破壞以及堵塞情況, 避免了傳統(tǒng)打印噴頭堵塞和斷絲現(xiàn)象, 提高了成型產(chǎn)品的質(zhì)量.
隨著控制技術(shù)和溫度測量傳感技術(shù)的發(fā)展, 更加精確的噴頭溫控得到保證. 通用的溫度控制, 采用可控硅和溫控器相結(jié)合, 利用溫控器自帶的傳統(tǒng)PID 算法來實現(xiàn), 但是僅僅采用單一的PID控制方法, 其閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性、動態(tài)響應(yīng)速度較慢,使得噴嘴溫度由常溫上升到給定值時間長, 動態(tài)響應(yīng)速度慢, 影響加工效率、使得控制性能難以得到可靠保證; 同時, 在噴頭接近給定溫度時, 沒有調(diào)整措施,使得超調(diào)量大, 嚴重影響材料熔融效果, 甚至出現(xiàn)材料碳化現(xiàn)象. 模糊控制的出現(xiàn)很好地彌補了PID控制的上述缺陷，模糊控制能較好解決被控對象非線性問題, 具有優(yōu)秀的動態(tài)響應(yīng)特性和強魯棒性, 使其成為控制領(lǐng)域的代表。但是,模糊控制也存在缺陷, 由于模糊規(guī)則以及隸屬度函數(shù)的確定受限于等級設(shè)定, 因此會存在過渡時間過長等問題. 文獻討論了模糊控制和PID控制各自的優(yōu)點, 提出一種基于模糊PID方法對GDM熱熔噴頭進行溫度控制, 通過對比單純的PID控制盒模糊控制, 該方法具有以下優(yōu)點: 基本做到了無超調(diào), 只有升溫過程中稍有波動, 溫度的輸出值基本與給定值一致. 文獻提出了一種新的熔融成型技術(shù), 該技術(shù)可以產(chǎn)生連續(xù)的熔融滴狀流體. 同時有一個熔料的儲集層, 在噴嘴中引入一個感應(yīng)加熱系統(tǒng), 將金屬絲的尖端熔化, 并在噴嘴處選擇適當(dāng)?shù)娜鄣瘟魉賄 、功率N、壓力￠P1、噴嘴孔直徑d0的穩(wěn)定噴射關(guān)系(如表2所示). 熔滴以穩(wěn)定的流速流出, 使系統(tǒng)成為一個連續(xù)熔融滴流成型技術(shù).
未完待續(xù)；
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