[发明专利]一种提高FDM打印成型质量的方法及实现装置

说明书

本发明涉及到一种提高FDM打印成型质量的方法及实现装置。该方法融合激振与点阵式滚珠同步热压实技术、并采用打印质量检测与反馈的方法，在打印丝材熔融过程、打印件成型过程等阶段综合提高成型质量；方法实现装置包括激振、同步压实、质量检测等机构。通过激振机构，在丝材熔融过程中使纤维、熔融树脂混合物产生振动，减少气孔、并提高树脂与纤维的熔融浸润性，同时降低堵头概率；通过带有滚珠的压实机构提高打印层间结合强度，实现打印过程中任意方向的即时压实，压实温度、滚珠压实面与打印成型面间的距离可以精确调节。另外，通过喷头出口处集成的质量检测机构，可以实时获得打印质量信息，并准确定位、判断缺陷，以此优化打印参数，减少质量不合格成品率。

技术领域

本发明属于增材制造技术与复合材料交叉领域，具体涉及一种提高FDM打印成型质量的方法及实现装置。

背景技术

增材制造技术的产生与发展革新了传统制造模式，其具有快速成型复杂零件、模具，且成本低的特点。按照打印工艺的划分，可分为选择性激光烧结(Selective LaserSintering，SLS)，粉末微滴喷射(Three dimensional printing，3DP)，立体光固化(Stereolithography，SLA)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)、叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)、等，其中纤维增强树脂熔融沉积3D打印技术作为增材制造技术中的关键一部分，其能够实现短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂复合材料的打印成型，在航空航天、轨道交通、体育用品等领域有着广泛的应用前景。纤维增强树脂熔融沉积3D打印，将打印物体模型进行分层，提取每层截面轮廓信息，然后按一定的路径沉积树脂或纤维增强树脂，打印成型单个截面，然后层层累加成型。

但在实际打印过程中，树脂往往存在空隙，且纤维与树脂浸润不充分，这导致打印出的复合材料强度较低；由于采用分层制造，层间结合由打印喷头运动，并挤出丝束粘结实现，新打印丝束与底层间不可避免的存在较高的温差，且层间缺少压实力，这些因素导致层间结合强度较弱，严重制约着其更加广泛的应用。同时，3D打印成型过程受多工艺参数的控制，也受打印材料体系的影响，打印过程中不可避免会出现缺陷，因此判断与定位缺陷，优化工艺参数尤为重要，如何快速、精准地实现打印缺陷判断及工艺参数的优化也成为一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种提高FDM打印成型质量的方法及实现装置。该方法结合激振与点阵式同步压实技术、并采用打印质量检测与反馈的方法，在打印熔融过程、打印层间结合过程，打印成型等阶段综合提高成型质量；设计了带有激振、同步压实、质量检测等功能的实现装置，以实现上述方法。该装置设计通过在纤维与树脂熔融腔产生激振，减少树脂与纤维间的气孔、提高树脂与纤维的熔融浸润性，减少堵头概率；压实机构在丝束打印后及时对打印成型区域施加压实力，压实方向跟随打印头运动，沿任意方向，从而提高层间结合力；通过质量检测方法，实时获取打印件质量信息，并准确判断缺陷及位置，以此优化打印参数，反馈给打印机，减少质量不合格成品率。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

1.一种提高FDM打印成型质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1,对打印模型进行建模，然后对模型进行分层切片，并生成相应的打印路径的G代码；

步骤2，打印机根据打印路径G代码，开始打印，当打印树脂与纤维混合物经过打印头加热熔融腔时，采用激振方式，如机械振动或超声振动等方法，使纤维与树脂产生一定幅度的振动，振动频率与振动功率根据需求调节；

步骤3，当打印丝材挤出喷口成型打印面后，按一定位置排列的压实滚珠阵列随打印运动方向即时滚压已成型面，从而提高层间结合强度，压实滚珠与打印面间的距离与压实滚珠的温度根据工艺需求调节；