喉管进口压力pa。
[0036] 出口流量为以下公式如下，对两断面列伯努利方程有：
[0044] 如图2所示，是本发明FDM工艺熔融沉积制造3D打印机原理图；包含有中央控制 系统201、热熔性丝材（通常为ABS或PLA材料）202、料盘203、增压喷头204、升降工作台 205、送丝机构206、热熔性胶棒207、胶水喷头208等部分。3D打印机外接中央控制系统201 控制分层等处理软件，把CAD模型分层切片处理生成STL数控代码，热熔性丝材202缠绕在 料盘203上，由送丝机构206驱动料盘203旋转。热熔性丝材202、热熔性胶棒207在主动 辊与从动辊（即送丝机构206)的摩擦力作用下向改增压喷头204、胶水喷头208送出，在料 盘203和增压喷头204之间有一导向套，导向套采用低摩擦力材料制成以便材料能够顺利 准确地由料盘203送到增压喷头204。
[0045] 其中，胶水喷头208用于每层打印前喷洒胶水；控制端基于PC机先控制胶水喷头 在程序制定区域先喷洒一层胶水，喷洒胶水的目的是熔融喷丝挤出后在微重力状态下粘黏 成型。随后增压喷头204根据程序的指定按照同一轨迹喷丝成型，在胶水和加压挤出熔融 丝材共同作用下，克服了常规3D打印无法在微重力条件下成型的弊端，材料冷却后便形形 成了工件的轮廓。成型过程必须全密封设计，当3D打印机在完成实体后，开启吸尘设备吸 收打印设备的微尘，再由机械手臂将实体放置于隔离区，采用隔离玻璃将3D打印工作区域 隔离，取出实体。
[0046] 如图2、1所示，是本发明3D打印胶水喷头与增压喷头的结构同步，不同之处在于 胶水喷头使用的原材料是热熔性胶棒（图2中有标出），热熔性胶棒从输料管路107进入， 工作温度为160°C - 180°C。在微重力状态下，胶水喷头在基于PC机先控制胶水喷头在程 序制定区域先喷洒一层胶水，随后增压喷头根据程序的指定按照同一轨迹喷丝成型，喷洒 胶水的目的是熔融喷丝挤出后在微重力状态下粘黏成型。
[0047] 如图3所示，是本发明3D打印机的成型处理流程图；常规3D打印无法在微重力条 件下成型，主要受到两方面影响：1、物料挤出受限；2、实物堆积成型困难。本发明分别采用 胶水喷头粘黏和改进型太空打印喷头来解决这两个问题，并在共同作用下解决常规3D打 印无法在微重力条件下成型的弊端。即控制端基于PC机先控制胶水喷头在程序制定区域 先喷洒一层胶水，再控制喷头的运动从而控制熔融喷丝流量的大小与挤出粘黏成型过程。
[0048] 如图4所示，本发明3D打印成型系统调控图。太空成型细节通过PC机控制图形 切片软件生成STL模型，中央控制系统控制胶水喷头和增压喷头成型实物。增压喷头可控 制喷丝流量与压力大小。
[0049] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种太空环境下的FDM3D打印实现方法，其特征在于：所述的方法是设置胶水喷头 和增压喷头，通过胶水喷头先在程序指定区域先喷洒一层胶水，然后，增压喷头对热熔性 的丝材熔融、增加输送；熔融喷丝挤出后在微重力状态下粘黏成型；通过控制增压喷头的 运动从而控制熔融喷丝流量的大小与挤出粘黏成型过程；从而实现实体的打印。2. 根据权利要求1所述的FDM3D打印实现方法，其特征在于：所述的成型过程全密封 设计，当3D打印机在完成实体后，开启吸尘设备吸收打印设备的微尘，再由机械手臂将实 体放置于隔离区，采用隔离玻璃将3D打印工作区域隔离，取出实体。3. -种实现权利要求1或2所述的FDM3D打印实现方法的打印系统；其特征在于：所 述的打印系统包含有中央控制系统、热熔性丝材、料盘、增压喷头、升降工作台、送丝机构、 热熔性胶棒、胶水喷头等部分；3D打印机外接中央控制系统控制分层等处理软件，将CAD模 型分层切片处理生成STL数控代码；热熔性丝材缠绕在料盘上，由送丝机构驱动料盘旋转； 热熔性丝材、热熔性较棒在送丝机构的摩擦力作用下向改进型增压喷头、胶水喷头送出，其 中，胶水喷头用于每层打印前喷洒胶水；先控制胶水喷头在程序制定区域先喷洒一层胶水， 喷洒胶水的目的是熔融喷丝挤出后在微重力状态下粘黏成型；随后改进型增压喷头根据程 序的指定按照同一轨迹喷丝成型，在胶水和加压挤出熔融丝材共同作用下，材料冷却后便 形成了工件的轮廓。4. 根据权利要求3所述的打印系统；其特征在于：所述的改进型增压喷头包含有气体 入口、圆锥收缩段、圆筒形喉管、加热机构、圆锥扩散段、挤料出口、输料管路、输料管路内通 道、输料管路缩口；气体入口下依序为圆锥收缩段、圆筒形喉管、圆锥扩散段和挤料出口； 同时，圆筒形喉管连接输料管路；输料管路另一端为输料管路缩口；输料管路内有输料管 路内通道；加热机构设置在圆筒形喉管、圆锥扩散段和输料管路外，对该部分进行加热；当 增压气体从气体入口进入，并通过圆锥收缩段，此时高速流动的气体通过圆筒形喉管气流 由粗变细以加快气体流速产生低压，从而在圆筒形喉管处产生吸附作用；通过加热机构时， 会使得输料管路内通道的丝材形成熔融状态，到了低压的圆筒形喉管会因为吸附作用随着 空气混合并一起进入圆锥扩散段，最后通过挤料出口挤出成型。5. 根据权利要求4所述的打印系统；其特征在于：所述的胶水喷头与改进型增压喷头 的结构一致。6. 根据权利要求3、4或5所述的打印系统；其特征在于：所述的打印系统在料盘和增 压喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦力材料制成以便材料能够顺利准确地由料盘到 增压喷头。7. 根据权利要求3、4或5所述的打印系统；其特征在于：打印系统采取全密封环境设 计；3D打印机在完成实体打印并冷却一段时间后，开启吸尘设备吸收打印设备的微尘，再 由机械手臂将实体放置于隔离区，采用隔离玻璃将3D打印工作区域隔离，取出实体。8. 根据权利要求6所述的打印系统；其特征在于：打印系统采取全密封环境设计；3D 打印机在完成实体打印并冷却一段时间后，开启吸尘设备吸收打印设备的微尘，再由机械 手臂将实体放置于隔离区，采用隔离玻璃将3D打印工作区域隔离，取出实体。9. 一种3至8任一项权利要求所述的打印系统的喷丝流量控制方法；其特征在于：所 述的方法是利用改进型增压喷头结构，喷管高压空气流从小孔吹出的方式而使熔融材料产 生真空引力引起气液在混合室混合；即在改进型增压喷头的气体入口和挤料出口之间有一 个横截面缩小的圆筒形喉管；当气体或液体在其内流动，在管道的最窄处，动态压力达到最 大值，静态压力达到最小值；气体或液体的速度因为涌流横截面积变化的关系而上升；可 以由空气吹出速度的大小来调节真空度的大小和熔融材料流量；根据伯努利定律方程计算 可以得到其流速和流量，并控制压力大小。10.根据权利要求9所述的喷丝流量控制方法；其特征在于：在计算出口流量时，根据 理想状况下不考虑流体受到的阻力作用，气体入口和圆筒形喉管截面面积分别为4、A2，气 体入口和圆筒形喉管流速分别为V1, V2、位能分别为Zl，Z2、动能修正系数为CX1, a2,P代表 流体密度，在管道半径已定的情况下，流量Q仅与变量压力Pl，P2有关，P1:文丘里管进口压 力pa;p2:喉管进口压力pa。 出口流量为以下公式如下，对两断面列伯努利方程有：
【专利摘要】本发明涉及3D打印设备技术领域，尤其是一种适用于太空环境下的FDM3D打印实现方法、打印系统及喷丝流量控制方法。本发明是设置胶水喷头和增压喷头，通过胶水喷头先在程序指定区域先喷洒一层胶水,然后，增压喷头对热熔性的丝材熔融、增加输送；熔融喷丝挤出后在微重力状态下粘黏成型；通过控制增压喷头的运动从而控制熔融喷丝流量的大小与挤出粘黏成型过程；从而实现实体的打印。本发明解决了微重力的太空环境下的3D打印问题；可以用于太空环境下的3D打印。
【IPC分类】B29C67/00, B33Y50/02, B33Y30/00
【公开号】CN105034375
【申请号】CN201510505746
【发明人】王飞跃, 李轩, 沈震, 熊刚
【申请人】东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月17日