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连续碳纤维三维打印的剪切算法及装置

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2019年12月20日浏览:170

目前,连续碳纤维3D打印技术的发展还处于初级阶段。基于连续路径的优化,在复杂模型的打印路径形成过程中不可避免地会出现跳跃点,产生包括不同轮廓和不同层之间的跳跃。因此,需要利用剪切系统来实现复杂模型的3D打印。
美国Mark Forged公司生产的3D打印机有一个前端剪切装置,可以在材料进入喷嘴之前实时剪切碳纤维。与后端剪切装置(碳纤维从喷嘴挤出后被切断)相比,前端剪切装置可以在不影响成形模型的情况下剪切连续的碳纤维,但其装置中打印喷嘴与剪断装置之间的距离过长,限制了其应用范围。
武汉理工大学的研究团队基于Mark Forged公司的打印机的前端剪断原理,重新设计了剪断装置和其与打印机的装配结构,减小了喷嘴与剪断装置之间的距离,拓宽了剪断处理的应用范围。通过对剪断算法的研究、控制指令的匹配以及进料装置与剪断装置的交替操作设计,得到包含剪断点位置信息,剪断指令和进料指令的控制代码,如图1所示。

图1 包含剪断点位置信息、剪断指令和进料指令的G代码


研究团队基于实际的控制需求,设计并搭建出如图2所示的剪切装置及装配结构,采用步进电机驱动旋转轴,进而驱动刀片进行剪断操作,完成打印-剪断-跳跃-进料-打印的交替操作,实现打印过程。最后对装置进行单层跳跃及多层跳跃的实验验证,模型及打印结果如图3所示。该团队研究工作可为连续纤维复合材料3D打印复杂结构提供一种实现方法,为连续纤维3D打印技术的发展提供思路。

 

 
图2 剪断装置及装配结构

 

 

 
图3 (a)单层跳跃实验模型和(b)结果 (c)多层跳跃实验模型和(d)结果
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