[发明专利]基于多段温度控制的熔丝沉积成型3D打印喷头及温控方法

权利要求书

1.基于多段温度控制的熔丝沉积成型3D打印喷头，包括打印喷头和设于其外部的加热装置；其特征在于，打印喷头内部的成型室根据丝状打印材料进入、熔融直到被挤出打印的顺序被分为入丝段、过渡段、熔融段、打印挤出段四个部分；所述加热装置分为三段，并对应安装于成型室过渡段、熔融段和打印挤出段的外侧；每段加热装置均包括独立的电加热器和温度传感器，且分别通过信号线与FDM打印喷头多段温度控制模块相连，由该模块对各段加热装置分别控制以实现对成型室各段温度的分别控制。

2.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述温度传感器是K型热电偶。

3.根据权利要求2所述的3D打印喷头，其特征在于，所述成型室的过渡段被划分为多段，每一过渡段的外侧均对应安装一段加热装置。

4.熔丝沉积成型3D打印喷头的多段温度控制的方法，其特征在于，将打印喷头内部的成型室根据丝状打印材料进入、熔融直到被挤出打印的顺序被分为入丝段、过渡段、熔融段、打印挤出段四个部分；在成型室过渡段、熔融段和打印挤出段的外侧分别安装加热装置；每段加热装置均包括独立的电加热器和温度传感器，且分别通过信号线与FDM打印喷头多段温度控制模块相连，由该模块收集各温度传感器的测量数据并输出信号对各段加热装置分别控制，以实现对成型室各段温度的分别控制；如果成型室的过渡段被划分为多段，则每一过渡段的外侧均对应安装一段加热装置；

具体的各段温度设置方法如下：  

（1）由丝状打印材料的熔融态加工温度T_OP和成型室的段数来共同决定各段的设置温度T_i（i=1、2、3…，为段序号）；

（2）过渡段的温度设置根据过渡段段数、室温和熔融态加工温度T_OP来进行设置：假设室温为T_room，过渡段的段数为n，则过渡段各段温度分别为（T_OP- T_room）/(n+1), 2×（T_op-T_room）/(n+1),…,n×（T_op-T_room）/(n+1)；

（3）熔融段的设置温度设置为丝状打印材料的熔融态加工温度T_OP；

（4）打印挤出段的温度设置为比熔融态加工温度T_OP低1-5℃，该温度设置值根据不同丝状打印材料和环境温度不同而有所区别，应在正式打印之前通过打印测试确定其正式的设置值；所述打印测试方法是：先设置打印挤出段的温度比熔融态加工温度T_OP低1℃；按正常打印速度打印两段相邻的直线，如果两段直线均匀、光滑，且粘结充分、没有重叠突出部分，则说明设置温度合适；否则，再降低打印挤出段的设置温度1℃，即设置打印挤出段的温度比熔融态加工温度T_OP低2℃重复进行实验；按此方式重复操作，直到打印效果符合要求为止。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述FDM打印喷头多段温度控制模块根据温度设置值和温度传感器测量数据，采用PID控制方法或模糊控制算法对输出至各电加热器的控制值进行计算，以实现对各加热器的工作控制和各段成型室温度的闭环控制。