一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。效的进行长弧线路径打印的问题。效的进行长弧线路径打印的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磁引导的复合材料可控长弧线路径打印系统及方法


[0001]本专利技术涉及复合材料成型
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，本专利技术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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为实现上述目的，本专利技术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。
[0007]优选的，所述连续纤维为带有磁性的磁性功能纤维。
[0008]优选的，所述树脂为混有磁性介质的液态树脂。
[0009]优选的，所述挤出模块采用非铁磁材料。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]本专利技术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，本专利技术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。
[0015]2、打印效率上：本专利技术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。
[0016]3、打印成型质量上：本专利技术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。
[0017]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0018]图1为本专利技术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为本专利技术中类纺锤体强磁体主视结构示意图；图3为本专利技术中类纺锤体强磁体左视结构示意图；图4为本专利技术中类纺锤体强磁体俯视结构示意图。
[0019]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
[0020]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0021]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美军，王晓凡，许家忠，李超，罗驭俊，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：