曲面微滴打印运动喷射协同控制方法

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曲面三维打印是在曲面上沉积特定材料,实现相应功能的一种增材制造方式,与传统的平面切片三维打印方式相比,可消除曲面上的台阶效应,从而提高成形件的性能,更适用于共形天线等功能件的成形。然而,为实现曲面上高精度的微滴喷射与铺展成形,就要解决喷头与工件的协调运动、运动和喷射协同控制等关键问题。为此,本文提出了按位置采样插补方法,建立了曲面打印运动学模型,并据此实现了五轴联动曲面打印运动与喷射的协同控制,为共形承载天线等电子装备的一体化成形提供运动控制基础。主要工作如下:首先,针对传统的时间分割插补方法存在的插补点与喷射触发点不同步的问题,提出了按位置采样插补方法,研究了按位置采样插补的速度控制过程,实现了多轴联动运动控制,较运动喷射独立方式触发误差减小96.5%;提出了喷头末端误差补偿方法,较半闭环打印方式运动精度提升84.4%。其次,提出了按位置采样曲面喷射触发方法,分析了多轴联动时非线性误差对落点精度的影响,通过曲面按位置采样插补方法,减小了非线性误差导致的液滴落点误差,实现了运动喷射协同控制。针对多喷头切换时打印图案错位问题,分析了喷射触发算法对打印精度的影响,提出了残余长度补偿算法,实现了曲面多材料同步喷射。针对曲面喷射成形中落点延迟问题,建立了液滴下落模型,提出了落点延迟误差补偿算法,为变速、高速曲面打印奠定基础。最后,研制了多轴联动曲面打印原理样机。设计了五轴打印机构,开发了多轴联动运动喷射协同控制系统,包括人机交互模块、运动喷射协同控制系统、译码模块与多任务耦合系统,实现了结构功能一体化机载共形天线的三维打印。打印件测试结果表明:使用运动喷射协同控制方法进行曲面打印时,介质层在2333层打印后粗糙度依然可以达到Ra=2.644μm,导线层的线宽和线间距平均绝对误差均能控制在7.2μm以内。
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