[发明专利]一种面向纤维增强复合材料自由曲面构件的内外温度联控3D打印装置

权利要求书

1.一种面向纤维增强复合材料自由曲面构件的内外温度联控3D打印装置，其特征在于，该内外温度联控3D打印装置包括打印装置与平台(A)、外部辅助加热系统(B)、内部加热系统(C)和控制系统(D)；

打印装置与平台(A)包括机械臂(A1)、打印平台(A2)、打印喷头(A3)、法兰盘(A4)和底板(A5)；底板(A5)与打印喷头(A3)通过法兰盘(A4)安装在机械臂(A1)的末端，打印平台(A2)固定于地面；

外部辅助加热系统(B)包括外热源(B1)、夹持机构(B2)和红外热像仪(B3)；外热源(B1)通过夹持机构(B2)固定于底板(A5)上打印喷头(A3)一侧，打印时先辅助加热已铺放层，再铺放新的复合材料；调节外热源(B1)的功率大小，加热复合材料表面至不同的温度，使其树脂粘度降低，同下一打印层结合；红外热像仪(B3)固定于地面上，其对准打印的构件，实时测量打印过程中构件的温度场；

内部加热系统(C)位于机械臂(A1)末端的打印喷头(A3)内部，其包括加热腔(C1)、加热棒(C2)、风扇(C3)和温度传感器(C4)；加热棒(C2)和温度传感器(C4)固定于加热腔(C1)内，风扇(C3)固定于加热腔(C1)外；温度传感器(C4)实时测量加热腔(C1)内的温度；

控制系统(D)包括工控机(D1)；温度传感器(C4)无线连接到工控机(D1)中，工控机(D1)将温度传感器(C4)实时测量的加热腔(C1)温度信号进行处理后，反馈控制加热棒(C2)和风扇(C3)；红外热像仪(B3)连接到工控机(D1)中，工控机(D1)对红外热像仪(B3)实时测量的构件温度场信息处理后，获得新打印层和已打印层之间的温度差，即构件层间温差，反馈控制外热源(B1)加热功率；

外部辅助加热系统(B)与内部加热系统(C)协同联合控制：先根据打印材料属性与目标构件要求，控制加热棒(C2)和风扇(C3)的功率范围，使加热腔(C1)内得到目标内部加热温度范围；当打印层不为第一层时，相邻两个打印层之间存在层间温差，通过红外热像仪(B3)测量和工控机(D1)处理得到层间温差，通过加热棒(C2)和风扇(C3)改变内部温度，外热源(B1)进行外部辅助加热，弥补该层间温差和目标层间温差之间的差值；

外部辅助加热系统(B)与内部加热系统(C)联合控制的关系式为f(x,y)＝-ax+by+c，其中，x为内部加热温度，y为打印速度，f(x,y)为外部辅助加热温度，c为红外热像仪(B3)实时测得的层间温差值，a取决于打印材料的属性，取值0.2-0.3，b为系数，单位为℃/mm/s，取值为3-6。