CN117021574A - 一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法，属于复合材料成型技术领域。一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，包括：挤出模块，设置在主机械臂上；点式紫外光发生调整模块，设置在主机械臂上，并位于挤出模块的上方；磁引导辅助模块，设置在辅助机械臂上；面式紫外光发生调整模块，设置在辅助机械臂上，并位于磁引导辅助模块的上方；视觉模块，设置在工作台的上方；主控机，包括控制模块和数据处理模块；工作台，设置在主机械臂与辅助机械臂之间。本发明采用上述磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法，能够解决现有的打印装置和打印方法不能高效的进行长弧线路径打印的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其是涉及一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法。
背景技术
连续纤维增强复合材料3D打印技术是一种先进的增材制造技术，该技术通过在3D打印过程中将连续纤维与树脂材料结合起来，以制造具有增强性能的复合材料打印件。相较于传统的打印材料，连续纤维增强复合材料具有高强度和轻质特性，纤维的定向性可以根据结构需求进行优化，以提供最佳的力学性能，从而实现更高质量的打印。
曲面打印一直是3D打印技术面临的挑战和难题之一。虽然3D打印技术在打印简单几何形状和直线结构时表现出色，但在处理复杂曲面的弧线路径时仍存在一些困难，现有的曲面打印方法主要有：（1）自由曲面支撑结构打印，这种方法通过在打印过程中添加支撑结构来实现曲面打印。支撑结构可以帮助打印材料在曲面上保持形状，防止材料下垂或变形，在打印完成后需要被去除或清理。该方法的缺点在于支撑结构的去除和表面处理是一项复杂的任务，打印件表面可能会出现瑕疵、痕迹。（2）纹理映射打印，这种方法是一种基于纹理映射技术的曲面打印方法，通过将曲面细分为小块，并根据其曲面特征进行优化的路径规划，以实现更平滑的打印效果。该方法的缺点在于需要对曲面进行细分，导致更长的计算时间和复杂的打印过程。（3）逆向设计打印，这种方法是一种基于曲面数据的打印方法。通过使用扫描仪或三维建模软件，获取目标曲面的数据，并将其转化为可打印的文件格式，利用3D打印技术将该文件转化为实体。该方法的缺点在于数据的获取较为复杂，需要花费大量时间进行数据处理及三维建模。
综上可知，现有的曲面打印方法无法高效处理具有圆滑曲率的长弧线路径，针对此，本发明提出一种磁引导的连续纤维/带复合材料可控长弧线路径打印系统及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法，解决现有的打印装置和打印方法不能高效的进行长弧线路径打印的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，包括：
挤出模块，设置在主机械臂上，用于复合材料的挤出；
点式紫外光发生调整模块，设置在主机械臂上，并位于挤出模块的上方，用于发生点式紫外光；
磁引导辅助模块，设置在辅助机械臂的末端，用于生成可调节的磁力场以牵引未固化的复合材料，形成空间中磁力平衡状态下的圆滑变曲率弧线路径；
面式紫外光发生调整模块，设置在辅助机械臂上，并位于磁引导辅助模块的上方，用于发生均匀的紫外光光源；
视觉模块，设置在工作台的上方，用于检测复合材料打印的路径状态；
主控机，包括控制模块和数据处理模块；
控制模块，用于控制挤出模块的运动轨迹和挤出压力，辅助机械臂的运动轨迹及末端姿态，点式紫外光发生调整模块和面式紫外光发生调整模块的开关和强度，磁引导辅助模块中通过电流的大小和磁引导辅助模块与复合材料之间的距离、接收数据处理模块的路径偏差信息；
数据处理模块，用于接受视觉模块的检测信息，计算视觉模块三个方向上的实际打印路径与预定打印路径的偏差，通过加权平均集成全局路径偏差信息，并将信息反馈给控制模块；
工作台，设置在主机械臂与辅助机械臂之间，用于承载打印的复合材料；
所述复合材料为连续纤维与树脂组成的磁性混合物；
所述视觉模块为固定位置的正视、左视和俯视三方向的视觉相机；
磁引导辅助模块的中心为坐标原点，磁引导辅助模块的X、Y、Z轴方向与视觉模块中三个视觉相机方向一致。
优选的，所述连续纤维为带有磁性的磁性功能纤维。
优选的，所述树脂为混有磁性介质的液态树脂。
优选的，所述挤出模块采用非铁磁材料。
优选的，所述点式紫外光发生调整模块为若干点光源聚焦于一点的点光源组合。
优选的，所述面式紫外光发生调整模块为发出均匀紫外光强度的汞灯或LED灯组。
优选的，所述磁引导辅助模块为电磁感应线圈或类纺锤体强磁体，电磁感应线圈为具有不同尺寸和匝数的模块化线圈。
一种基于上述磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统的打印方法，包括以下步骤：
S1材料准备与路径生成
在挤出模块中加入复合材料原料，基于所需的打印对象的几何模型和路径信息，使用数据处理模块生成打印路径；
S2挤出与固化
通过控制模块控制主机械臂按预定路径开始打印，点式紫外光发生调整模块和挤出模块打开，挤出模块将复合材料挤出，点式紫外光发生调整模块发出紫外光照射到细丝状的连续纤维上，使复合材料固化；
S3实时固化控制
观察复合材料路径状态，通过控制模块调控点式紫外光发生调整模块中点式紫外光的发生强度，调控挤出模块的挤出压力、温度及速度，使复合材料充分固化；
S4弧线路径打印
关闭点式紫外光发生调整模块，控制模块控制主机械臂继续以预定路径移动，开始对弧线路径进行打印；
S5路径校准
观察视觉模块中复合材料的路径信息，将获得的信息传递给数据处理模块，数据处理模块将全局路径偏差信息反馈给控制模块，若偏差超过设定阈值，控制模块调节辅助机械臂的末端姿态对打印中未固化的弧形路径曲率和路径进行调整，以及改变通电线圈电流大小、电磁线圈或类纺锤体强磁体与纤维间的距离来实现磁力平衡，修正后的路径继续被视觉模块检测，确保路径偏差得到持续的修正，直到满足精确性要求；
S6打印结果固化
关闭挤出模块，打开面式紫外光发生调整模块，调整紫外光强度，使打印好的弧线路径整体固化；
S7打印完成
在主控机中关闭面式紫外光发生调整模块，弧线路径打印完成。
本发明所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法的优点和积极效果是：
1、打印成型精度上：相比传统的弧线路径打印方法，本发明利用磁引导辅助模块精确控制复合材料的曲率，从而在打印过程中减少误差和偏差，实现更高的打印成形精度。
2、打印效率上：本发明打印过程更加顺畅和稳定，有效减少了打印过程中的中断和停顿时间，从而大幅提高了打印效率。
3、打印成型质量上：本发明通过调整磁场的方向和强度，在复合材料内部形成更加均匀和一致的预应力，从而提高打印成型质量。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法实施例的结构示意图；
图2为本发明中类纺锤体强磁体主视结构示意图；
图3为本发明中类纺锤体强磁体左视结构示意图；
图4为本发明中类纺锤体强磁体俯视结构示意图。
附图标记
1、工作台；2、主机械臂；3、辅助机械臂；4、挤出模块；5、点式紫外光发生调整模块；6、磁引导辅助模块；7、面式紫外光发生调整模块；8、视觉模块；9、主控机。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
如图1所示，一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，包括：
挤出模块4，设置在主机械臂2上，并设置在主机械臂2的末端，用于复合材料的挤出。主机械臂2根据需要采用现有的结构，满足挤出模块4在三维空间内的移动。
复合材料为连续纤维与树脂的混合物。复合材料中连续纤维为带有磁性的磁性功能纤维，将磁性功能纤维与普通的树脂进行混合形成复合材料；或者，复合材料中树脂为混有磁性介质的液态树脂，将连续纤维浸渍树脂后形成具有磁性的普通纤维和树脂的混合物。挤出模块4采用非铁磁材料。
挤出模块4将连续纤维与树脂混合挤出，形成细丝状的纤维或带状的复合材料。
点式紫外光发生调整模块5，设置在主机械臂2上，并位于挤出模块4的上方，用于发生点式紫外光。点式紫外光发生调整模块5为若干点光源聚焦于一点的点光源组合，点式紫外光发生调整模块5中光照强度可以进行实时调整。
磁引导辅助模块6，固定设置在辅助机械臂3的末端，用于生成可调节的磁力场以牵引未固化的复合材料，形成空间中磁力平衡状态下的圆滑变曲率弧线路径。辅助机械臂3根据需要采用现有的结构，满足磁引导辅助模块6在三维空间内的移动和转动。
如图2-4所示，磁引导辅助模块6为电磁感应线圈或类纺锤体强磁体，电磁感应线圈为具有不同尺寸和匝数的模块化线圈，用于实现通电线圈与磁性的纤维之间可调的磁场大小和方向。类纺锤体强磁体可实现对磁性纤维的点、线及面的吸引，使得磁性纤维能够沿预定的弧线路径稳定地移动，并且在打印过程中保持圆滑的变曲率弧度。
面式紫外光发生调整模块7，设置在辅助机械臂3上，并位于磁引导辅助模块6的上方，用于发生均匀的紫外光光源。面式紫外光发生调整模块7为发出均匀紫外光强度的汞灯或LED灯组。
视觉模块8，设置在工作台1的上方，用于检测复合材料的路径状态。视觉模块8为标定好固定位置的正视、左视和俯视三方向的视觉相机，用于获取三个主方向上的复合材料的路径信息。
主控机9，包括控制模块和数据处理模块。
控制模块，用于控制挤出模块4的运动轨迹和挤出压力，辅助机械臂3的运动轨迹及末端姿态，点式紫外光发生调整模块5和面式紫外光发生调整模块7的开关和强度。用于控制磁引导辅助模块6中通过电流的大小和磁引导辅助模块6与复合材料之间的距离、接收数据处理模块的路径偏差信息，调整电磁线圈与纤维/带状复合材料之间的牵引力的大小，进而形成圆滑的不同曲率弧线路径。
数据处理模块，用于接受视觉模块的检测信息，计算视觉模块8三个方向上的实际打印路径与预定打印路径的偏差，通过加权平均集成全局路径偏差信息，并将信息反馈给控制模块。
工作台1，设置在主机械臂2与辅助机械臂3之间，用于承载打印的复合材料。
设置磁引导辅助模块6的中心为坐标原点，磁引导辅助模块6的X、Y、Z轴方向与视觉模块8中三个视觉相机方向一致。通过磁引导辅助模块6上设置的姿态传感器监测磁引导辅助模块6的姿态，从而通过控制模块调整磁引导辅助模块6的姿态，实现磁引导牵引方向与期望反方向对齐。
基于上述磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统的打印方法，包括以下步骤：
S1材料准备与路径生成
将磁性功能纤维或浸渍了含有磁性颗粒树脂的玻璃纤维材料加载到打印头的挤出模块4中。基于所需的打印对象的几何模型和路径信息，根据需要采用现有的技术使用数据处理模块生成打印路径。
S2挤出与固化
通过控制模块控制主机械臂2按预定路径开始打印，控制模块控制挤出模块4打开，挤出模块4将玻璃纤维和带有磁性颗粒的树脂混合物组成的复合材料挤出，形成一个细丝状或带状的纤维，进行打印。同时，点式紫外光发生调整模块5打开，点式紫外光发生调整模块5发出紫外光照射到挤出的复合材料上，紫外光引发光敏树脂的固化反应，使得连续纤维和树脂固化成实体。
S3实时固化控制
观察复合材料路径状态，通过控制模块调控点式紫外光发生调整模块5中点式紫外光的发生强度，调控挤出模块4的挤出压力、温度及速度，使复合材料能够实时的充分固化。
S4弧线路径打印
当开始打印弧形路径时，关闭点式紫外光发生调整模块5，控制模块控制主机械臂2继续以预定路径移动，开始对弧线路径进行打印。
S5路径校准
观察视觉模块8中复合材料的路径信息是否与预定路径有偏差，将获得的信息传递给数据处理模块，数据处理模块将全局路径偏差信息反馈给控制模块，若偏差超过设定阈值，控制模块调节辅助机械臂的末端姿态对打印中未固化的弧形路径曲率和路径进行调整，以及改变通电线圈电流大小、电磁线圈或类纺锤体强磁体与纤维间的距离来实现磁力平衡，修正后的路径继续被视觉模块8检测，确保路径偏差得到持续的修正，直到满足精确性要求。
S6打印结果固化
打印完弧形路径后，关闭挤出模块4，打开面式紫外光发生调整模块7，调整紫外光强度，使打印好的弧线路径整体固化，完成弧形路径的打印。
S7打印完成
在主控机9中关闭面式紫外光发生调整模块7，弧线路径打印完成。
因此，本发明所述磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法，整合了多个模块，通过协同工作实现连续纤维的打印和固化，提高打印过程的效率和可控性，还能够精确的控制连续纤维的曲率，实现圆滑长弧线路径的打印，提高连续纤维在复合材料内部预应力的均匀性；能够解决现有的打印装置和打印方法不能高效的进行长弧线路径打印的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，其特征在于，包括：
挤出模块，设置在主机械臂上，用于复合材料的挤出；
点式紫外光发生调整模块，设置在主机械臂上，并位于挤出模块的上方，用于发生点式紫外光；
磁引导辅助模块，设置在辅助机械臂的末端，用于生成可调节的磁力场以牵引未固化的复合材料，形成空间中磁力平衡状态下的圆滑变曲率弧线路径；
所述磁引导辅助模块为电磁感应线圈或类纺锤体强磁体，电磁感应线圈为具有不同尺寸和匝数的模块化线圈；
面式紫外光发生调整模块，设置在辅助机械臂上，并位于磁引导辅助模块的上方，用于发生均匀的紫外光光源；
视觉模块，设置在工作台的上方，用于检测复合材料打印的路径状态；
主控机，包括控制模块和数据处理模块；
控制模块，用于控制挤出模块的运动轨迹和挤出压力、辅助机械臂的运动轨迹及末端姿态、点式紫外光发生调整模块和面式紫外光发生调整模块的开关和强度、磁引导辅助模块中通过电流的大小和磁引导辅助模块与复合材料之间的距离、接收数据处理模块的路径偏差信息；
数据处理模块，用于接受视觉模块的检测信息，计算视觉模块三个方向上的实际打印路径与预定打印路径的偏差，通过加权平均集成全局路径偏差信息，并将信息反馈给控制模块；
工作台，设置在主机械臂与辅助机械臂之间，用于承载打印的复合材料；
所述复合材料为连续纤维与树脂组成的磁性混合物；
所述视觉模块为固定位置的正视、左视和俯视三方向的视觉相机；
磁引导辅助模块的中心为坐标原点，磁引导辅助模块的X、Y、Z轴方向与视觉模块中三个视觉相机方向一致。
2.根据权利要求1所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，其特征在于：所述连续纤维为带有磁性的磁性功能纤维。
3.根据权利要求1所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，其特征在于：所述树脂为混有磁性介质的液态树脂。
4.根据权利要求1所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，其特征在于：所述挤出模块采用非铁磁材料。
5.根据权利要求1所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，其特征在于：所述点式紫外光发生调整模块为若干点光源聚焦于一点的点光源组合。
6.根据权利要求1所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统，其特征在于：所述面式紫外光发生调整模块为发出均匀紫外光强度的汞灯或LED灯组。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1材料准备与路径生成
在挤出模块中加入复合材料原料，基于所需的打印对象的几何模型和路径信息，使用数据处理模块生成打印路径；
S2挤出与固化
通过控制模块控制主机械臂按预定路径开始打印，点式紫外光发生调整模块和挤出模块打开，挤出模块将复合材料挤出，点式紫外光发生调整模块发出紫外光照射到细丝状的连续纤维上，使复合材料固化；
S3实时固化控制
观察复合材料路径状态，通过控制模块调控点式紫外光发生调整模块中点式紫外光的发生强度，调控挤出模块的挤出压力、温度及速度，使复合材料充分固化；
S4弧线路径打印
关闭点式紫外光发生调整模块，控制模块控制主机械臂继续以预定路径移动，开始对弧线路径进行打印；
S5路径校准
观察视觉模块中复合材料的路径信息，将获得的信息传递给数据处理模块，数据处理模块将全局路径偏差信息反馈给控制模块，若偏差超过设定阈值，控制模块调节辅助机械臂的末端姿态对打印中未固化的弧形路径曲率和路径进行调整，以及改变通电线圈电流大小、电磁线圈或类纺锤体强磁体与纤维间的距离来实现磁力平衡，修正后的路径继续被视觉模块检测，确保路径偏差得到持续的修正，直到满足精确性要求；
S6打印结果固化
关闭挤出模块，打开面式紫外光发生调整模块，调整紫外光强度，使打印好的弧线路径整体固化；
S7打印完成
在主控机中关闭面式紫外光发生调整模块，弧线路径打印完成。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016011252A1 (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Markforged, Inc. | Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing |
| CN107433713A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-05 | 西安交通大学 | 一种基于连续纤维复材3d打印的功能调控结构制备方法 |
| US20180050414A1 (en) * | 2016-08-18 | 2018-02-22 | Camarc Llc | Welding system used with additive manufacturing |
| CN108621420A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-10-09 | 北京化工大学 | 一种磁力辅助成型3d打印成型装置及方法 |
| CN109703018A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-03 | 彭俊植 | 一种无支撑磁悬浮式全方位3d打印系统及方法 |
| CN110065232A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-30 | 北京化工大学 | 一种多坐标系协同3d打印机 |
| CN110901051A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-03-24 | 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 | 一种连续纤维复材3d打印机头及其万向层压装置 |
| WO2021226891A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 基于多轴联动控制和机器视觉反馈测量的3d打印装置及方法 |
| CN115320093A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-11-11 | 西安交通大学 | 一种面向复合材料稀疏结构的高效3d打印装置及方法 |
| CN115365518A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-11-22 | 浙江大学高端装备研究院 | 磁力辅助免支撑的直写增材制造装置及其制造方法 |
| CN115447136A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-09 | 大连理工大学 | 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 |
| US20230064628A1 (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-02 | Univ Colorado Regents | Devices, systems, and methods for three-dimensional printing of continuous fiber-reinforced thermoset composites |
| CN115972572A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-04-18 | 华中科技大学 | 连续纤维复材层间增强的机器人辅助激光增材制造系统 |
-
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Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016011252A1 (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Markforged, Inc. | Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing |
| US20180050414A1 (en) * | 2016-08-18 | 2018-02-22 | Camarc Llc | Welding system used with additive manufacturing |
| CN107433713A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-05 | 西安交通大学 | 一种基于连续纤维复材3d打印的功能调控结构制备方法 |
| CN108621420A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-10-09 | 北京化工大学 | 一种磁力辅助成型3d打印成型装置及方法 |
| CN109703018A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-03 | 彭俊植 | 一种无支撑磁悬浮式全方位3d打印系统及方法 |
| CN110065232A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-30 | 北京化工大学 | 一种多坐标系协同3d打印机 |
| CN110901051A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-03-24 | 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 | 一种连续纤维复材3d打印机头及其万向层压装置 |
| WO2021226891A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 基于多轴联动控制和机器视觉反馈测量的3d打印装置及方法 |
| US20230064628A1 (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-02 | Univ Colorado Regents | Devices, systems, and methods for three-dimensional printing of continuous fiber-reinforced thermoset composites |
| CN115447136A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-09 | 大连理工大学 | 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 |
| CN115320093A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-11-11 | 西安交通大学 | 一种面向复合材料稀疏结构的高效3d打印装置及方法 |
| CN115365518A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-11-22 | 浙江大学高端装备研究院 | 磁力辅助免支撑的直写增材制造装置及其制造方法 |
| CN115972572A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-04-18 | 华中科技大学 | 连续纤维复材层间增强的机器人辅助激光增材制造系统 |
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