[发明专利]一种注射式3D打印流量估计方法

摘要

一种注射式3D打印流量估计方法，在考虑打印喷管内流体材料壁面滑移的前提下，提供了一套简化的、含未知参数的注射式3D打印流量估计计算式，该计算式既包含了不可在线测量的打印材料物理特性，又具有良好的可实现性，其未知参数可在正式打印前通过简单的试打印进行标定，后代入到流量估计计算式，即可在正式打印过程中对打印流量进行估计，可为注射式3D打印流量的估计和精确控制提供依据。

主权项

1.一种注射式3D打印流量估计方法，其特征在于：a：被打印流体材料通过喷嘴挤出质量流量Q,通过下式进行估计：其中:P为打印时喷嘴内材料受到的挤压力，由安装在打印头上的压力传感器测量获得；R、L分别为喷嘴内微管道的半径和长度；n为被打印流体材料的流动性指数，n>0且n≠1；η、ρ分别为被打印流体材料的粘度和密度；α、m为与被打印流体材料流动特性相关的参数，受实际挤压力P的影响；τ为被打印流体材料与喷嘴内管壁之间的剪切应力，由τ＝PR/(2L)计算；被打印流体材料经喷嘴挤出质量流量Q的集中参数计算式为：Q＝KP^1/n+λτ^m   (2)计算式(2)中仅挤压力P可通过压力传感器在线测量，其余四个未知参数K、n、λ、m在3D打印过程中会缓慢变化，且不可在线测量；集中参数计算式的未知参数通过以下步骤标定：步骤1：数据获取：在正常打印所允许采用的压力范围内选取四种不同挤出压力P₁<P₂<P₃<P₄，并分别在时间T内进行打印，由压力传感器在线测量打印头内实际压力P_ij，其中：i＝1,2,3,4对应所选的四种压力，j＝1，2，3，…，k表示压力传感器采样的数据长度，并分别称量所打印出的流体材料质量M₁,M₂,M₃,M₄；步骤2：参数估计：令X＝[K n λ m]，M＝[M₁ M₂ M₃ M₄]，其中t_j为压力传感器采样的时间间隔，为常数，有采用以下迭代方法离线求解参数K、n、λ、m：X_N＝X_N‑1+[F_d^T(X_N‑1)F_d(X_N‑1)+βI₄]^‑1F_d^T(X_N‑1)[M‑F(X_N‑1)]   (3)其中，F(X)＝[f₁(X) f₂(X) f₃(X) f₄(X)]，F_d^T(X_N‑1)为F_d(X_N‑1)的转置矩阵，N为当前迭代步数，I₄为四阶单位矩阵，β为调节系数，0＜β＜＜1；当参数K、n、λ、m完成标定后，代入到集中参数计算式(2)对实际打印过程流量进行估计，且当挤出压力在P₁至P₄之间任意取值时，集中参数计算式(2)都有足够的估计精度。