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1.3 實驗設計

 3D 打印存在著復雜的材料狀態(tài)變化過程, 材料需要經(jīng)歷“固態(tài)、液態(tài)、固態(tài)”的狀態(tài)變化過程, 并且打印的精度要求非常高, 此時引入了一些新的技術和新的控制器、控制系統(tǒng). 在這種情況下, 難以通過狀態(tài)、能量等化學以及基本的物理定律來建立精確的結構模型，即使建立了模型, 也會由于模型階次太高, 不適合用于控制系統(tǒng)的分析與設計. 同時, 3D打印控制系統(tǒng)中還存在大量的不穩(wěn)定因素, 例如: 環(huán)境溫度變化、支撐的穩(wěn)定性、電機運動的準確性、翹曲形變、應力作用等. 針對難于建模、耦合性強、不確定因素多的復雜系統(tǒng),可以利用大量的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分析與控制, 同時采用基于田口設計方法或者ANASYS 有限元方法設計出相關實驗. 這些是未來3D打印控制系統(tǒng)的實驗設計的發(fā)展方向, 在科研性和應用性上有不錯的指導意義。

1.4 仿真研究

 國內外對3D 打印控制的仿真研究過程還僅僅處于在打印過程中相鄰層、局部性的功能模擬與驗證階段. 這些工作主要針對打印過程中模型的局部瞬間溫度場模擬, 實驗所用的一些模型采用常規(guī)形態(tài)(如矩形、正方形、三角形等), 很少考慮到在實際打印經(jīng)常出現(xiàn)的具有復雜多變、獨特形態(tài)特征的模型, 這些模型在3D 打印的實際作業(yè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)變形等問題. 同時, 仿真研究也不能將相變潛熱、對流、輻射、熱傳導等因素的綜合作用所累積產(chǎn)生的層間應力變化反應出來, 只能考慮到單一因素引起的變化; 在打印過程中材料因為受熱后物理參數(shù)發(fā)生改變, 仿真過程中卻對材料設置了相同的物理參數(shù), 實際上其中的熱力學等許多物理參數(shù)差別巨大,這樣的仿真模擬過程存在著明顯嚴重缺陷. 因此, 打印過程中的可視化仿真是現(xiàn)階段需要攻克的難題。

1.5 計算能力

 3D 打印機在工作過程中經(jīng)常發(fā)生狀態(tài)轉換, 各個被控制部件之間有著強耦合性, 且3D 打印控制除了要求具備高度的準確性和快速性之外, 還需具備實時性, 這就對控制器的計算能力提出了更高要求.一些低端產(chǎn)品由于成本等原因采用的是單片機作為控制器, 但計算能力稍顯不足; 因此為了滿足3D 打印機在性能上的需求, 必須采用計算能力更高的控制器. 同時, 3D打印也存在非線性強、控制模型階

次高的問題; 因此, 如何開發(fā)先進算法來解決這些問題也是未來3D 打印控制系統(tǒng)所要做的。

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