增材制造系统中的预测流量控制响应技术方案

增材制造系统(100)，包括具有马达(220)和压力传感器(232)的挤出机(150)。滤波器(700)接收马达(220)的速度值(540)，并根据所述速度值(540)产生预测预测压力值(702)。响应阈值模块(706，708)基于所述预测压力值(702)设置响应阈值压力值，使得当所述响应阈值压力值处于来自所述压力传感器的所述压力值(508)和所述预测压力值之间(702)时，执行响应(516，518)。

Predictive flow control response in additive manufacturing system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造系统中的预测流量控制响应
技术介绍
增材制造，也称为3D打印，描述了一组技术，其具有增加材料以形成3D部件的共同特征，而不是像传统加工中那样减去材料。使用增材制造技术，可以从数字模型打印几乎任何形状的三维立体物体。增材制造技术可用于原型设计(已经使用多年)，也即可以用于最终用途的生产部件。对于最终用途部件生产，希望打印净形零件或近净形零件(即，与作为源数据文件提供的数字图像非常接近地匹配的零件，因此需要很少或不需要后打印处理以获得所需的零件尺寸和形状公差)。在基于挤出的增材制造中，部件被逐层打印出来，每层挤出到先前沉积的层上。挤出层通过挤出机被挤出打印头中的喷嘴，挤出机可以采用粘度泵的形式。在用于增材制造应用的螺杆泵挤出机中，可消耗的材料被吸入腔室，在腔室中，可消耗材料被加压，熔化并变得可流动。该材料由马达驱动的螺杆的旋转来输送。当螺杆旋转时，螺杆的螺纹向熔融材料施加轴向力，使得熔融材料沿着螺纹朝向喷嘴向下移动。螺杆旋转的速率控制熔融材料的挤出速率。机架以合适的空间运动移动挤出机以沿着工具路径打印挤出的材料以形成3D部件。
技术实现思路
增材制造系统，包括具有马达和产生代表所述挤出机中感测的压力的压力值的压力传感器的挤出机。用于沿着工具路径移动所述挤出机的机架组件。模型接收马达的速度值并根据速度值产生预测压力值，其中，当所述机架沿着工具路径移动所述挤出机时，所述马达的所述速度值变化。响应阈值模块基于所述预测压力值设置响应阈值压力值。以及控制器，其配置为接收来自所述压力传感器的信号，并将所述感测压力与所述响应阈值压力值以及来自所述模型的信号进行比较，使得当所述响应阈值压力值处于来自所述压力传感器的压力值和所述预测压力值之间时，所述控制器发送信号到所述挤出机并基于所述感测压力来调节挤出速率。在一个实施例中，所述响应阈值压力值大于所述预测压力值，并且所述响应阈值模块基于所述预测压力值设置第二响应阈值压力值，使得当所述第二响应阈值压力值处于来自所述压力传感器的所述压力值和所述预测压力值之间时，执行第二响应。在一个实施例中，所述第二响应指示挤出物事件的低压损失，并且所述响应指示挤出物事件的高压损失。在一个实施例中，所述模型产生感测的压力对速度值序列的频率响应。在一个实施例中，所述的增材制造系统还包括根据所述速度值产生预测压力值序列，并为每个预测压力值设定单独的响应阈值压力值。在一个实施例中，描述所述模型的参数由速度值和产生的感测的压力值确定，而所述挤出机遵循可变速度工具路径挤出材料。在一个实施例中，所述压力传感器位于所述挤出机的喷嘴处。一种方法，包括通过构建模型来初始化增材制造系统，例如使用过滤器来产生对挤出机速度的感测的压力频率响应的模型。使用增材制造系统通过将挤出机速度指令信号发送到所述挤出机以使所述挤出机挤出材料来打印部件。挤出机速度信号均被发送到模型以生成预测压力值序列。压力值序列被感测，并且对于每个感测到的压力值，确定所述感测的压力值与所述预测压力值序列中对应预测压力值之差是否足以保证采取动作。增材制造系统，包括具有挤出机的打印头，该挤出机向喷嘴提供材料以在部件上沉积材料层。模型生成器识别算法的参数，该算法模拟喷嘴中的压力如何随马达速度的变化而变化。挤出物损失监测器将马达速度值应用于模型以产生期望压力值，使用期望压力值来识别表示挤出物损失的压力阈值，并在当喷嘴中的压力超过所述识别的压力阈值中之一时，向打印管理器发送信号。附图说明图1是根据一个实施例的增材制造系统的框图；图2是根据一个实施例的挤出机，喷嘴和压力传感器组件的侧剖视图；图3示出了马达速度值的曲线图；图4示出了根据一个实施例的图3的马达速度值的预测压力值，调节实际压力值，高压阈值和低压阈值的曲线图；图5是根据一个实施例的控制器组件的元件的框图；图6是用于识别算法的模型参数的元件的框图，该算法模拟内部喷嘴压力对速度信号的频率响应；图7是LOE监视器中的元件的框图。具体实施方式基于挤出的增材制造系统可能经历挤出物损失(LOE)的失效，在此期间挤出机产生的挤出物比给定的致动器速度指令所预期的少。材料流出挤出机喷嘴的体积流量不足将导致部件的区域变弱或有缺陷。在过去，主动监测和控制基于挤出的增材制造系统的打印头内的压力一直是具有挑战性的，并且由于设备尺寸限制和仪器可靠性而仅是间接实现。因此，在挤出机打印头的动态运动期间对压力变化的主动响应是不可能的。利用本专利技术，提供了对预期压力的更准确预测，以在挤出机和打印头系统的动态移动期间更精确地挤出材料，从而产生高精度的部件构造(净和近净)。LOE之一原因是挤出机泵的材料不足，在此期间材料不能用于泵的输入。因为在泵的输入处没有足够的材料，所以泵的输出处的压力对应于泵的输入缺乏材料的速率而下降。LOE的第二个原因是堵塞的喷嘴，其防止挤出物离开打印头。通常，堵塞的喷嘴LOE失效导致喷嘴内的压力增加，因为即使在喷嘴堵塞之后挤出机也继续向喷嘴内的熔融材料施加力。由于在LOE事件期间压力改变，可以预期是，通过测量喷嘴中的压力并将测量的压力与代表LOE事件的固定阈值进行比较来检测LOE。然而，本专利技术人已经发现，简单地测量喷嘴内的压力并将该压力与固定的上限和下限压力进行比较是不令人满意的。如果限制设置得太窄，这种简单的方案会导致大量的误报警，如果限制设置得太宽，则会错过实际的LOE事件。另外，喷嘴中的压力随着通过喷嘴沉积的挤出物的速率变化而变化。当挤出物需要以更快的速率时，致动器速度增加，从而在喷嘴内产生的压力增加。当挤出物需要较低的速率时，致动器速度降低，从而导致喷嘴内产生的压力降低。挤出物速率和内部喷嘴压力的这种变化经常发生在增材制造系统中，其中打印头沿着工具路径的不同部分以不同的速度移动。当打印头快速移动时，必须增加挤出物的速率，以便有足够的挤出物来实现适当的挤出体积。当打印头缓慢移动时，必须降低挤出物的速率以避免在部件的侧面上施加过多的材料或在材料层中引起其它变形。由于挤出物速率的变化导致喷嘴内部压力的变化，因此设定固定压力极限制可以在打印头的速度改变时引起警报。根据下面描述的实施例，喷嘴内的预期压力是根据过去的挤出机致动器速度序列来预测。然后从预期压力确定上限和下限压力。随着速度的每个新值，识别新的预期压力和新的上限和下限压力。在特定实施例中，通过使用对致动器速度序列的内部喷嘴压力的频率响应的模型来预测预期压力。在初始化阶段期间确定频率响应，此时致动器速度序列和内部喷嘴压力的相应序列被转换到频域，并且频域喷嘴压力与频域致动器速度的比率被用作频率响应。然后确定模型的参数，以便模型提供确定的频率响应。本公开的实施方案可以与挤出材料的任何合适的基于层的增材制造系统一起使用。图1示出了一个这样的系统100，其是用于水平地使用基于层的增材制造技术打印或以其他方式构建3D物品，支撑结构和/或支架的第一示例性制造系统。用于系统100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，包括：/n挤出机，其具有马达；/n机架组件，用于沿着工具路径移动所述挤出机；/n压力传感器，其产生代表所述挤出机中感测的压力的压力值；/n模型，其接收所述马达的速度值并根据所述速度值产生预测压力值，其中，当所述机架沿着工具路径移动所述挤出机时，所述马达的所述速度值变化；和/n响应阈值模块，其基于所述预测压力值设定响应阈值压力值；以及/n控制器，其配置为接收来自所述压力传感器的信号，并将所述感测压力与所述响应阈值压力值以及来自所述模型的信号进行比较，使得当所述响应阈值压力值处于来自所述压力传感器的压力值和所述预测压力值之间时，所述控制器发送信号到所述挤出机并基于所述感测压力来调节挤出速率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20160823 US 62/378,4831.一种增材制造系统，包括：
挤出机，其具有马达；
机架组件，用于沿着工具路径移动所述挤出机；
压力传感器，其产生代表所述挤出机中感测的压力的压力值；
模型，其接收所述马达的速度值并根据所述速度值产生预测压力值，其中，当所述机架沿着工具路径移动所述挤出机时，所述马达的所述速度值变化；和
响应阈值模块，其基于所述预测压力值设定响应阈值压力值；以及
控制器，其配置为接收来自所述压力传感器的信号，并将所述感测压力与所述响应阈值压力值以及来自所述模型的信号进行比较，使得当所述响应阈值压力值处于来自所述压力传感器的压力值和所述预测压力值之间时，所述控制器发送信号到所述挤出机并基于所述感测压力来调节挤出速率。


2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述响应阈值压力值大于所述预测压力值，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·D·波斯维德，扎克利·马迪，马克·施莱蒂，
申请(专利权)人：斯特塔思有限公司，
类型：新型
国别省市：美国;US