[发明专利]一种微滴喷射3D打印长度尺寸预测方法

说明书

本发明提供一种微滴喷射3D打印长度尺寸预测方法，首先通过调节打印工艺参数进行可成滴性喷射试验，确保打印材料能以单个微滴的形式连续喷出，并得到期望大小的微滴，后测量单个微滴固化后的直径，然后结合打印设计的工艺需求，通过相关打印控制软件输入参数，包括微滴喷射频率、喷嘴运动速度和加速度，喷嘴离打印界面的高度；最后将以上所有参数代入本发明所提供的的计算模型，可实时计算出已打印的当前层轮廓长度尺寸，可为微滴喷射式3D打印长度控制提供预测模型和参考依据。

技术领域

本发明涉及3D打印长度尺寸在线估计方法，具体涉及到一种微滴喷射3D打印长度尺寸预测方法，用于在微滴喷射3D打印过程中在线预测当前层已打印的直线轮廓长度。

背景技术

微滴喷射3D打印是一种新兴的快速成形技术，它通过可控方式将流体类打印材料从喷嘴以均匀微滴的形式高频连续喷出，并按设计轨迹逐层叠加而构造实体，其具有材料选择面广，成本相对较低，操作方便等优点，已成为3D打印领域主流技术之一。

然而，目前微滴喷射3D打印的形貌精度难以控制，在高精度要求场合，例如含复杂微观结构的构件等，需要对已打印成形的构件进行二次修形。从机理而言，尺寸误差是逐层累积、甚至由各层中微小轮廓单元误差逐步累积形成的，因而需要对打印过程中的单元轨迹(如直线、圆弧、曲线等)的尺寸进行实时控制。然而，在打印过程中微单元的实际尺寸无法在线测量，不能获得实时的打印误差，导致不能对误差实时控制或补偿，因而需要通过构建既符合实际打印过程机理、且有足够精度又易于实现的软测量模型对已打印尺寸进行实时估计(或预测)，以替代实际测量过程，并将预测结果与设计结果进行实时比较，为控制提供数据依据。

发明内容

为解决微滴喷射3D打印尺寸不能在线测量的问题，本发明提供一种微滴喷射3D打印长度尺寸预测方法，用以在线预测当前层已打印的长度尺寸。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种微滴喷射3D打印长度尺寸预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)确定单个打印微滴固化后的直径：通过调节打印工艺参数进行可成滴性喷射试验，确保打印材料能以单个微滴的形式连续喷出，并得到期望大小的微滴，后测量单个微滴固化后的直径；

步骤2)其他打印参数设置或确定：结合打印设计的工艺需求，通过相关打印控制软件输入参数，包括微滴喷射频率、喷嘴运动速度和加速度，喷嘴离打印界面的高度。

当前层已打印的长度L的计算公式为：

其中：f为微滴喷射频率，u_x为喷嘴水平运动速度(同时也为微滴从喷嘴喷出时刻的速度，与喷嘴当时运动的水平速度相同)，u_y为微滴喷出喷嘴时刻竖直向下的运动速度(固定值)，n为当前层已经打印的微滴个数，a为喷嘴水平方加速度，D为单个微滴固化后直径，g为重力加速度，h为喷嘴离打印界面的高度。

本发明有如下有益效果：

本发明提供的一种喷射式3D打印长度尺寸预测方法，实际应用中，首先通过试加工获得理想微滴直径，然后在设备自带的打印软件中设置需要的工艺参数，后可通过本发明的方法直接计算出当前层已打印的尺寸长度。实际使用表明，本发明的预测精度在微米级尺度下可达97.31％，完全可用于在线预测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为微滴喷3D打印直线轮廓原理示意图。

图2为不同速度和加速度下打印直线仿真图。

图3为不同加速和速度下打印的直线长度与模型预测长度对比。

图4为实际微滴喷射3D打印直线样品。

具体实施方式