【摘 要】
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陶瓷材料以其高硬度、耐腐蚀等特性广泛应用于医疗口腔修复、航空航天等领域,而传统的陶瓷制造工艺已不能满足现阶段大批量制造、个性化定制的市场需求。随着新兴制造加工技术的推广,增材制造技术在复杂陶瓷零部件的制造加工领域发挥出其自身优势,其中微流挤出工艺以其成形原理简单、设备成本较低等特点受到国内外研究团队的广泛关注。而对于微流挤出3D打印机控制系统而言,其挤出打印成形控制策略的研究仍然存在不足,如成形平
【基金项目】
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河北省重点研发项目“陶瓷义齿3D打印机的研发”（项目编号17211808D）；
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陶瓷材料以其高硬度、耐腐蚀等特性广泛应用于医疗口腔修复、航空航天等领域,而传统的陶瓷制造工艺已不能满足现阶段大批量制造、个性化定制的市场需求。随着新兴制造加工技术的推广,增材制造技术在复杂陶瓷零部件的制造加工领域发挥出其自身优势,其中微流挤出工艺以其成形原理简单、设备成本较低等特点受到国内外研究团队的广泛关注。而对于微流挤出3D打印机控制系统而言,其挤出打印成形控制策略的研究仍然存在不足,如成形平台扫描速度与浆料挤出速度的匹配不合理、浆料挤压力不稳定等问题。本文针对微流挤出成形工艺,研究了打印成形控制策略,开发了基于STM32的3D打印机控制系统。本文的主要研究工作如下:（1）分析微流挤出工艺的成形原理,并以此为基础设计了微流挤出3D打印机控制系统的整体结构框架。围绕实现高固相含量陶瓷浆料顺利打印成形的目标,提出了构建控制系统软件模块和硬件模块的选择原则,研究分析了打印过程数据处理流程。（2）建立成形平台在扫描路径连接处的拐点过渡模型,提出了3D打印设备成形平台扫描速度与浆料挤出速度的匹配算法。分析3D打印设备成形平台的空间运动规律,扫描路径是由多段长度不同的直线段进行连接的,依据扫描路径连接拐角的不同,建立了拐点过渡模型。以成形平台的扫描速度曲线为参考,研究扫描速度与挤出速度的匹配方法,利用速度匹配因子将扫描速度与挤出进给速度进行匹配,并通过相关实验,验证了速度匹配算法的正确性和运行稳定性。（3）设计一种浆料挤压力预测方法,同时构建了适用于微流挤出工艺的浆料挤压力稳定控制器。分析微流挤出打印过程中陶瓷浆料的挤出流变特性,建立了浆料挤出参考压力预测模型,提出了一种模拟实际浆料挤出过程获取压力曲线并通过多段直线拟合求取参考压力的预测方法。以传统PID控制原理为基础,设计适用于微流挤出工艺的压力稳定控制器,通过陶瓷坯体的打印成形实验,验证了浆料挤压力预测方法与压力稳定控制策略的可行性与准确性。
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