CN115056487A - 一种硅胶3d打印机及其挤出延迟误差函数的构建方法 - Google Patents

一种硅胶3d打印机及其挤出延迟误差函数的构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硅胶3D打印机及其挤出延迟误差函数的构建方法。该硅胶挤出延迟误差函数的构建方法通过设计多组路径图案，然后利用挤出头依次对多组路径图案进行打印，得到分别与多组路径图案相对应的多组打印样品，从而在每组打印样品的起始段和稳态段上分别设置N个测量点，并测量起始段上各测量点处的第一路径宽度以及第二路径宽度，进而计算出每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例，最后建立出每组打印样品的比例变化函数，将多个比例变化函数拟合处理，构建出硅胶基挤出延迟误差函数，从而可根据延迟误差函数方便获取在挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径发生的宽度变化，提高打印成型件的成型精度以及打印质量。

Description

一种硅胶3D打印机及其挤出延迟误差函数的构建方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种硅胶挤出延迟误差函数的构建方法；还涉及一种硅胶3D打印机的补偿控制方法；还涉及一种硅胶3D打印机。
背景技术
硅胶材料具有耐高低温、耐水性好、高频绝缘性好、化学性质稳定以及生物相容性好等特点，广泛应用在生物医疗、密封件、汽车零部件制造等领域，具有广泛的应用前景和市场需求。
传统的硅胶结构产品的生产方法具有许多限制和缺点，比如不能制造出高复杂度和完整的结构。目前，硅胶3D打印问世以来，硅胶3D打印成型件的成型精度、表面质量和机械性能等方面依然是目前硅胶3D打印技术的短板，由于硅胶粘性液体在挤出过程中与挤出头内壁产生摩擦、粘滞等因素的存在，导致材料挤出延迟过大，从而在材料挤出启停位置产生明显的缺陷，同时运动平台在转角处有不可避免的减速或加速过程，从而引起转角处材料的过多堆积。这都限制了硅胶3D打印成型件的成型精度以及打印质量。
发明内容
基于此，有必要针对现有的硅胶3D打印技术中，由于硅胶材料挤出存在延迟误差，从而对打印成型件的成型精度以及打印质量造成不利影响，本发明提供一种硅胶3D打印机及其挤出延迟误差函数的构建方法。
本发明公开一种硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其用于构建3D打印机的挤出头在挤出硅胶时的延迟误差函数。延迟误差函数用于表征挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径的宽度变化规律。构建方法包括以下步骤，即步骤(1)～(7)。
(1)建立X-Y-Z坐标系，并确定打印参数。打印参数包括：挤出头高度、挤出头移动速度以及挤出气压压力。
(2)设计多组路径图案。每组路径图案包括：位于同一水平面且均为直线的起始段、过渡段以及稳态段。起始段的一端与过渡段的一端连接，过渡段的另一端与稳态段的一端连接。起始段与稳态段之间相互平行且长度相等。
(3)利用挤出头依次对多组路径图案进行打印，得到分别与多组路径图案相对应的多组打印样品。
(4)在每组打印样品的起始段和稳态段上分别设置N个测量点，并测量起始段上各测量点处的第一路径宽度，同时测量出稳态段上对应测量点处的第二路径宽度。其中，起始段上的N个测量点位置分别与稳态段上的N个测量点一一对应。
(5)根据第一路径宽度以及相对应的第二路径宽度，计算出每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例。
(6)根据每组打印样品上的多个路径宽度比例，建立出与每组打印样品相对应的比例变化函数。
(7)将多组打印样品相对应的多个比例变化函数拟合处理，构建出硅胶挤出延迟误差函数G(t)。
在其中一个实施例中，步骤(3)中，在打印多组路径图案时，不同组路径图案的挤出头移动速度不同，且挤出头高度以及挤出气压压力均相等。在打印每组路径图案时，挤出头移动速度保持匀速。
在其中一个实施例中，步骤(5)中，每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例的表达公式为：
Figure BDA0003657865840000021
式中，μi表示每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例。
Figure BDA0003657865840000022
表示每组打印样品的起始段上各测量点处的第一路径宽度。
Figure BDA0003657865840000023
表示每组打印样品的稳态段上各测量点处的第二路径宽度。
在其中一个实施例中，步骤(7)中，在一个预设挤出气压压力条件下，硅胶挤出延时函数G(t)的表达公式为：
Figure BDA0003657865840000031
其中，e表示自然常数；t表示挤出调整时间。
在其中一个实施例中，每组打印样品中，相邻的两个测量点之间的距离等于每隔一个预设时间段挤出头的移动距离。
本发明还公开一种硅胶3D打印机的补偿控制方法，其用于对3D打印机的挤出头的延迟误差进行补偿控制，以实现硅胶的精确挤出，得到均匀的硅胶打印路径。延迟误差为挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径的宽度变化。误差补偿控制方法包括以下步骤，即步骤S1～S4。
S1.构建硅胶挤出延迟误差函数G(t)。其中，硅胶挤出延迟误差函数G(t)采用上述任意一项的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法构建。
S2.分别获取硅胶打印时的延迟区间，以及在硅胶打印路径达到稳态时挤出头的进给速度。
S3.根据硅胶挤出延迟误差函数G(t)，计算得到延迟误差补偿函数。延迟误差补偿函数的表达公式为：
Figure BDA0003657865840000032
式中，v″表示延迟误差补偿速度。v′表示在硅胶打印路径达到稳态时挤出头的进给速度。
S4.根据延迟误差补偿函数，在延迟区间内将挤出头的实时进给速度调节为相应的延迟误差补偿速度，以使延迟区间内的硅胶打印路径达到稳态线宽。
本发明还公开一种硅胶3D打印机，其包括：挤出头以及控制器。
挤出头固定安装在一个移动载台上。
控制器用于对挤出头的延迟误差进行补偿控制，以实现硅胶的精确挤出。控制器采用上述任意一项硅胶3D打印机的补偿控制方法对挤出头硅胶挤出的延迟误差进行补偿控制。
在其中一个实施例中，挤出头包括：挤料管、活塞以及驱动机构。
挤料管底部开设有出料口。挤料管固定在移动载台上。
活塞滑动安装在挤料管的内壁。活塞的下表面与挤料管内壁以及出料口之间形成一个存料空间。
驱动机构用于驱动活塞在挤料管内升降，以调节存料空间大小，实现硅胶的挤出或回抽。
在其中一个实施例中，驱动机构包括：丝杆、滑块、连接杆以及驱动电机。
丝杆同轴设置在挤料管内，且丝杆的顶部与挤料管的顶壁转动连接。
滑块沿挤料管的延伸方向可滑动连接在挤料管内，且滑块位于活塞上方。滑块上开设有与丝杆匹配的螺纹孔，且滑块通过螺纹孔与丝杆配合连接。
多根连接杆呈圆周分布在滑块与活塞之间。每根连接杆的一端与滑块的底部固定连接，另一端与活塞的顶部固定连接。
驱动电机用于驱使丝杆转动。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、该硅胶挤出延迟误差函数的构建方法通过建立X-Y-Z坐标系，确定打印参数后，设计多组路径图案，然后利用挤出头依次对多组路径图案进行打印，得到分别与多组路径图案相对应的多组打印样品，从而在每组打印样品的起始段和稳态段上分别设置N个测量点，并测量起始段上各测量点处的第一路径宽度，同时测量出稳态段上对应测量点处的第二路径宽度，进而根据第一路径宽度以及相对应的第二路径宽度，计算出每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例，最后建立出每组打印样品的比例变化函数，将多个比例变化函数拟合处理，构建出硅胶基挤出延迟误差函数，从而可根据延迟误差函数方便获取在挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径发生的宽度变化，提高打印成型件的成型精度以及打印质量。
2、该硅胶3D打印机的补偿控制方法，通过构建出的硅胶挤出延迟误差函数，可以计算出延迟误差补偿函数，从而可根据延迟误差补偿函数，在延迟区间内将打印机的挤出头的实时进给速度进行补偿调节，使得挤出头在延迟区内的硅胶打印路径达到稳态线宽，减少了硅胶材料在启停、转角处产生明显缺陷，进一步提高了硅胶3D打印成型件的成型精度以及打印质量，为制造出高复杂度和完整结构的硅胶结构产品奠定了理论基础。
3、该硅胶3D打印机，通过运用上述补偿控制方法，对挤出头的驱动电机的转向以及转速实现控制，从而可以在硅胶打印过程中，对硅胶挤出时的延迟误差进行补偿，实现精确的挤出或回抽控制，从而提高打印机的打印精度以及质量。
附图说明
图1为本发明实施例1中硅胶挤出延迟误差函数的构建方法的流程图；
图2为本发明实施例1中“e”型图案的俯视示意图；
图3为本发明实施例2中硅胶3D打印机的补偿控制方法的流程图；
图4为本发明实施例2中步骤S3中的挤出头在移动打印时的示意图；
图5为图4中挤出头在打印时各个打印参数的示意图，以及挤出头和打印路径的剖面示意图。
图6为本发明实施例3中挤出头安装在移动载台上的立体结构示意图；
图7为图6中挤出头的立体结构示意图；
图8为图7中挤出头的剖面示意图；
图9为图8中挤出头的驱动机构的立体结构示意图；
图10为图9中将连接杆替换为圆管的立体结构示意图。
主要元件符号说明
1、挤料管；101、出料口；2、活塞；31、丝杆；32、滑块；33、连接杆；34、驱动电机；35、圆管。
以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1，本实施例提供一种硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其用于构建3D打印机的挤出头在挤出硅胶时的延迟误差函数。延迟误差函数用于表征挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径的宽度变化规律。构建方法包括以下步骤，即步骤(1)～(7)。
(1)建立X-Y-Z坐标系，并确定打印参数。打印参数包括：挤出头高度、挤出头移动速度以及挤出气压压力。
(2)设计多组路径图案。每组路径图案包括：位于同一水平面且均为直线的起始段、过渡段以及稳态段。起始段的一端与过渡段的一端连接，过渡段的另一端与稳态段的一端连接。起始段与稳态段之间相互平行且长度相等。
请参阅图2，本实施例中，路径图案的组数可以设置在45组，当然在其他实施例中，还可以设置成其他数量。路径图案的形状可以设置图中所示的“e”型图案，当然在其他实施例中，路径图案的形状还可以设置成其他相似结构的图案，如“Π”型等。图中O点为路径图案的起始点，OA段为起始段；AB段为过渡段；CB段为稳态段。
(3)利用挤出头依次对多组路径图案进行打印，得到分别与多组路径图案相对应的多组打印样品。
本实施例中，在打印多组路径图案时，不同组路径图案的挤出头移动速度存在着不同，但不同组路径图案在打印时的挤出头高度以及挤出气压压力均相等。在打印每组路径图案时，挤出头保持匀速移动。
(4)在每组打印样品的起始段和稳态段上分别设置N个测量点，并测量起始段上各测量点处的第一路径宽度，同时测量出稳态段上对应测量点处的第二路径宽度。其中，起始段上的N个测量点位置分别与稳态段上的N个测量点一一对应。
这里需要说明的是，由于在打印多组路径图案时，不同组路径图案的挤出头移动速度存在不同。因此，每组打印样品的起始段以及稳态段上设置的测量点间距也不同。本实施例中，相邻两个测量点之间的间距为每隔0.1s挤出头移动的路径长度。
(5)根据第一路径宽度以及相对应的第二路径宽度，计算出每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例。
每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例的表达公式可以为：
Figure BDA0003657865840000071
式中，μi表示每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例。
Figure BDA0003657865840000072
表示每组打印样品的起始段上各测量点处的第一路径宽度。
Figure BDA0003657865840000073
表示每组打印样品的稳态段上各测量点处的第二路径宽度。
测得的多个第一路径宽度位于打印路径的起始段上，由于挤出头挤出硅胶存在延迟误差，从挤出头将硅胶挤到O点，一直到OA段的某个点，这期间的第一路径宽度是在不断发生变化的。而测得的多个第二路径宽度位于打印路径的稳态段，打印路径的稳态段上的各处第二路径宽度已经达到稳态线宽。因此，在每组打印样品中，多个路径宽度比例μi各不相同，其随着打印路径的方向而变化，直到趋于稳定。
(6)根据每组打印样品上的多个路径宽度比例，建立出与每组打印样品相对应的比例变化函数。
(7)将多组打印样品相对应的多个比例变化函数拟合处理，构建出硅胶挤出延迟误差函数G(t)。
经过整理实验数据后发现，在挤出气压压力为25Mpa保持不变的情况下，即硅胶挤出的流速不变，45组“e”型打印样品的路径宽度比例的变化规律大致相同。通过利用指数函数可以拟合出其变化规律。
本实施例中，在挤出气压压力为25Mpa时，硅胶挤出延时函数G(t)的表达公式为：
Figure BDA0003657865840000081
其中，e表示自然常数；t表示挤出调整时间；G(t)为指数函数，且G(t)随着挤出调整时间的增加而无限趋近于1。
本实施例中，通过梳理“e”型图案达到稳态时的路径宽度可以得出，在挤出气压压力为25Mpa时的稳态线宽和挤出头的进给速度v以及挤出头高度h的函数关系式W(v，h)，据处理后可得函数关系式为：
Figure BDA0003657865840000082
综上所述，相较于传统技术，本实施例提供的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法具有如下优点：
该硅胶挤出延迟误差函数的构建方法通过建立X-Y-Z坐标系，确定打印参数后，设计多组路径图案，然后利用挤出头依次对多组路径图案进行打印，得到分别与多组路径图案相对应的多组打印样品，从而在每组打印样品的起始段和稳态段上分别设置N个测量点，并测量起始段上各测量点处的第一路径宽度，同时测量出稳态段上对应测量点处的第二路径宽度，进而根据第一路径宽度以及相对应的第二路径宽度，计算出每组打印样品上各测量点处的路径宽度比例，最后建立出每组打印样品的比例变化函数，将多个比例变化函数拟合处理，构建出硅胶挤出延迟误差函数，从而可以准确地获取挤出头移动状态发生变化时，硅胶挤出产生的延迟误差，进而可根据延迟误差方便获取在挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径发生的宽度变化，提高打印成型件的成型精度以及打印质量。
实施例2
请参阅图3，本发明还公开一种硅胶3D打印机的补偿控制方法，其用于对3D打印机的挤出头的延迟误差进行补偿控制，以实现硅胶的精确挤出，得到均匀的硅胶打印路径。延迟误差为挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径的宽度变化。误差补偿控制方法包括以下步骤，即步骤S1～S4。
S1.构建硅胶挤出延迟误差函数G(t)。其中，硅胶挤出延迟误差函数G(t)采用实施例1中的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法构建。
S2.分别获取硅胶打印时的延迟区间，以及在硅胶打印路径达到稳态时挤出头的进给速度。
S3.根据硅胶挤出延迟误差函数G(t)，计算得到延迟误差补偿函数。延迟误差补偿函数的表达公式为：
Figure BDA0003657865840000091
式中，v″表示延迟误差补偿速度。v′表示在硅胶打印路径达到稳态时挤出头的进给速度。
请结合图4和图5，本实施例中，在得到硅胶挤出延迟误差函数之后，通过分析硅胶挤出时的成型情况，得出各打印参数之间的关系式，推导得出延迟误差补偿函数，其推导过程如下所示：
Q＝u×Δt＝A×v×Δt，A近似等于hw，
则Q＝u×Δt＝A×v×Δt＝h×w×v×Δt
可得出：u＝h×w×v
上式中，Q为硅胶挤出时的流量，A为硅胶挤出的横截面积，u为硅胶挤出时的流速，h为挤出头高度，v为挤出头的进给速度，w为挤出头挤到移动平台上的硅胶线宽，Δt为单位时间。
由此可得出：
u＝h×w′×v′
u＝h×w″×v″
上述两式中，w′为路径达到稳态时的线宽，w″为实时线宽。
若要对延迟误差进行补偿，即在进行打印初始时就令打印的路径宽度达到稳态，实时线宽和稳态时的线宽相同，联立上述两式可以得到：
Figure BDA0003657865840000101
式中，
Figure BDA0003657865840000102
为延迟误差函数G(t)的倒数，即延迟误差补偿函数为：
Figure BDA0003657865840000103
S4.根据延迟误差补偿函数，在延迟区间内将挤出头的实时进给速度调节为相应的延迟误差补偿速度，以使延迟区间内的硅胶打印路径达到稳态线宽。
通过调节挤出头的进给速度v完成对延迟误差的补偿，本实施例中，可根据延迟误差补偿函数，利用Matlab等编程软件编写程序生成G代码，可根据G代码调节挤出头进给速度以实现补偿。
另外，通过延迟误差函数G(t)可以得知在延迟区间内每一时刻点的线宽。已知挤出气压压力为25Mpa时的稳态线宽和挤出头的进给速度v以及挤出头高度h的函数关系式W(v，h)，可以得出延迟区间内的线宽的变化规律：
L＝G(t)×W(v，h)
上式中，L表示延迟区间内每个时刻点的线宽。根据此函数关系式可以利用Matlab等编程软件编写程序改变挤出头进给速度v以及挤出头高度h，进而改变打印的路径宽度，实现打印路径宽度的可控性，从而可实现特定功能以及结构的产品打印需求。同时对硅胶材料挤出时的延迟误差进行补偿，实现硅胶的精确挤出，得到均匀的硅胶打印路径，进而提高打印成型件的成型精度以及打印质量。
本实施例中，可利用cura软件切片简单立方体的形成G代码，对G代码进行处理以实现回抽效果，并检验回抽效果。具体过程为：利用cura软件的回抽选项，生成两组G代码进行对比，在对G代码工作情况进行对比，两组G代码差别如下：
在G代码程序开始
有回抽设置时依照如下执行：
G1 F1800 E0
G1 X140.18 Y127.125 E1.21585
无回抽设置时依照如下执行：
G1 F1800 X140.18 Y127.125 E1.21585
工作时G代码相同，省略，
在G代码程序结束
有回抽设置时依照如下执行：
SETTING_3mount＝8\\nretraction_speed＝30\\nspeed_print_layer_0＝10.0\\nspeed
；SETTING_3d_wall_x＝15.0\\n\\n"]
无回抽设置时依照如下执行：
SETTING_3mount＝8\\nretraction_enable＝False\\nretraction_speed＝30\\nspeed
；SETTING_3_print_layer_0＝10.0\\nspeed_wall_x＝15.0\\n\\n"]
由于实施例中还可以在硅胶3D打印机中使用已经刷好固件的arduino主板，在打印机工作过程中，回抽效果显著，具体表现为：在无回抽设置的G代码程序执行打印时，硅胶为均匀挤出，在拐角处出现堆积；有回抽设置程序执行打印时，硅胶挤出在拐角时出现放缓的特征，挤出效果较无回抽设置组有改善。
本实施例中，还可采用自适应切片分层方法对待打印工件模型分层。自适应切片分层方法是一种可变层厚的切片方法，该方法的分层厚度可根据模型的形状变化自动调整。对于一些曲率变化较大的工件表面，在曲率变化处较为容易出现台阶误差等打印缺陷，而自适应切片分层方法的分层鞥后可以根据工件表面曲率变化自动调整层厚的大小，可以有效抑制台阶误差等缺陷，减少了由于形状变化引起的误差。自适应切片方法不会像等厚切片方法那样增加切片的总数从而降低了3D打印的效率，而是在提高工件表面加工质量的同时，以更短的时间完成打印，提高加工效率。
实施例3
本发明还公开一种硅胶3D打印机，其包括：挤出头、控制器。本实施例中，硅胶3D打印机还可以包括移动载台、水平驱动机构、垂直驱动机构以及平台。
水平驱动机构用于驱动移动载台水平移动。水平驱动机构可以采用CoreXY皮带结构。CoreXY皮带结构是一种3D打印机的结构类型，其原理是通过两个电机同时控制XY的移动，左右两个电机同向时，往X轴移动，两个电机反向时，往Y轴移动。
挤出头固定安装在移动载台上。通过水平驱动机构驱动移动载台，从而带动挤出头水平移动。
控制器用于对挤出头的延迟误差进行补偿控制，以实现硅胶的精确挤出。控制器采用实施例2中的硅胶3D打印机的补偿控制方法对挤出头硅胶挤出的延迟误差进行补偿控制。
请参阅图6，本实施例中，挤出头包括：挤料管1、活塞2以及驱动机构。
请结合图7，挤料管1底部开设有出料口101。挤料管1固定在移动载台上。
请参阅图8、图9和图10，活塞2滑动安装在挤料管1的内壁。活塞2的下表面与挤料管1内壁以及出料口101之间形成一个存料空间。
驱动机构用于驱动活塞2在挤料管1内升降，以调节存料空间大小，实现硅胶的挤出或回抽。驱动机构可包括：丝杆31、滑块32、连接杆33以及驱动电机34。
丝杆31同轴设置在挤料管1内，且丝杆31的顶部与挤料管1的顶壁转动连接。
滑块32沿挤料管1的延伸方向可滑动连接在挤料管1内，且滑块32位于活塞2上方。滑块32上开设有与丝杆31匹配的螺纹孔，且滑块32通过螺纹孔与丝杆31配合连接。本实施例中，滑块32在挤料管1内进可轴向滑动，其沿自身径向不能发生转动。滑块32的周向外缘可开设有导向槽，挤料管1内壁可开设有与导向槽相匹配的导向块，从而限制了滑块32在挤料管1内仅可轴向滑动。
多根连接杆33呈圆周分布在滑块32与活塞2之间。每根连接杆33的一端与滑块32的底部固定连接，另一端与活塞2的顶部固定连接。当然，在本实施例中，可将多根连接杆33替换为一根圆管35。
驱动电机34用于驱使丝杆31转动。通过控制驱动电机34，带动丝杆31转动，由于丝杆31与滑块32螺纹配合连接，且滑块32在挤料管1内被限位，当丝杆31转动时，会驱使滑块32沿挤料管1轴向移动，从而滑块32通过连接杆33带动活塞2实现轴向移动。当活塞2靠近出料口101时，存料空间体积变小，其内部的硅胶原料被挤出；当活塞2远离出料口101时，存料空间体积变大，同时，位于出料口101处的硅胶原料被回抽至存料空间。本实施例中，控制器可以根据实施例2中编程的G代码，对驱动电机34的转向以及转速实现控制，从而可以在硅胶打印过程中，对硅胶挤出时的延迟误差进行补偿。当需要对硅胶挤出的延迟误差进行补偿时，从而得到均匀的硅胶打印路径，进而提高硅胶打印成型件的成型精度以及打印质量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其用于构建3D打印机的挤出头在挤出硅胶时的延迟误差函数；所述延迟误差函数用于表征所述挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径的宽度变化规律；其特征在于，所述构建方法包括以下步骤：
(1)建立X-Y-Z坐标系，并确定打印参数；所述打印参数包括：挤出头高度、挤出头移动速度以及挤出气压压力；
(2)设计多组路径图案；每组路径图案包括：位于同一水平面且均为直线的起始段、过渡段以及稳态段；起始段的一端与过渡段的一端连接，过渡段的另一端与稳态段的一端连接；所述起始段与所述稳态段之间相互平行且长度相等；
(3)利用所述挤出头依次对多组所述路径图案进行打印，得到分别与多组路径图案相对应的多组打印样品；
(4)在每组所述打印样品的起始段和稳态段上分别设置N个测量点，并测量所述起始段上各测量点处的第一路径宽度，同时测量出所述稳态段上对应测量点处的第二路径宽度；其中，所述起始段上的N个测量点位置分别与所述稳态段上的N个测量点一一对应；
(5)根据所述第一路径宽度以及相对应的所述第二路径宽度，计算出每组所述打印样品上各测量点处的路径宽度比例；
(6)根据每组所述打印样品上的多个所述路径宽度比例，建立出与每组所述打印样品相对应的比例变化函数；
(7)将多组打印样品相对应的多个比例变化函数拟合处理，构建出硅胶挤出延迟误差函数G(t)。
2.根据权利要求1所述的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其特征在于，步骤(3)中，在打印多组所述路径图案时，不同组所述路径图案的所述挤出头移动速度不同，且所述挤出头高度以及所述挤出气压压力均相等；在打印每组路径图案时，所述挤出头移动速度保持匀速。
3.根据权利要求2所述的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其特征在于，步骤(5)中，每组所述打印样品上各测量点处的路径宽度比例的表达公式为：
Figure RE-FDA0003777252740000021
式中，μi表示每组所述打印样品上各测量点处的路径宽度比例；
Figure RE-FDA0003777252740000022
表示每组所述打印样品的起始段上各测量点处的第一路径宽度；
Figure RE-FDA0003777252740000023
表示每组所述打印样品的稳态段上各测量点处的第二路径宽度。
4.根据权利要求2所述的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其特征在于，步骤(7)中，在一个预设挤出气压压力条件下，所述硅胶挤出延时函数G(t)的表达公式为：
Figure RE-FDA0003777252740000024
其中，e表示自然常数；t表示挤出调整时间。
5.根据权利要求2所述的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法，其特征在于，每组所述打印样品中，相邻的两个测量点之间的距离等于每隔一个预设时间段所述挤出头的移动距离。
6.一种硅胶3D打印机的补偿控制方法，其用于对3D打印机的挤出头的延迟误差进行补偿控制，以实现硅胶的精确挤出，得到均匀的硅胶打印路径；所述延迟误差为所述挤出头移动状态发生变化时，硅胶打印路径的宽度变化；其特征在于，所述误差补偿控制方法包括以下步骤：
S1.构建硅胶挤出延迟误差函数G(t)；其中，所述硅胶挤出延迟误差函数G(t)采用如权利要求1至5中任意一项所述的硅胶挤出延迟误差函数的构建方法构建；
S2.分别获取硅胶打印时的延迟区间，以及在硅胶打印路径达到稳态时所述挤出头的进给速度；
S3.根据所述硅胶挤出延迟误差函数G(t)，计算得到延迟误差补偿函数；所述延迟误差补偿函数的表达公式为：
Figure RE-FDA0003777252740000031
式中，v″表示延迟误差补偿速度；v′表示在硅胶打印路径达到稳态时所述挤出头的进给速度；
S4.根据所述延迟误差补偿函数，在所述延迟区间内将所述挤出头的实时进给速度调节为相应的延迟误差补偿速度，以使所述延迟区间内的所述硅胶打印路径达到稳态线宽。
7.一种硅胶3D打印机，其包括：
挤出头，其固定安装在一个移动载台上；
控制器，其用于对所述挤出头的延迟误差进行补偿控制，以实现硅胶的精确挤出；
其特征在于，所述控制器采用权利要求6中所述的硅胶3D打印机的补偿控制方法对所述挤出头硅胶挤出的延迟误差进行补偿控制。
8.根据权利要求7所述的硅胶3D打印机，其特征在于，所述挤出头包括：
挤料管，其底部开设有出料口；所述挤料管固定在所述移动载台上；
活塞，其滑动安装在所述挤料管的内壁；所述活塞的下表面与所述挤料管内壁以及所述出料口之间形成一个存料空间；以及
驱动机构，其用于驱动所述活塞在所述挤料管内升降，以调节所述存料空间大小，实现硅胶的挤出或回抽。
9.根据权利要求8所述的硅胶3D打印机，其特征在于，所述驱动机构包括：
丝杆，其同轴设置在所述挤料管内，且所述丝杆的顶部与所述挤料管的顶壁转动连接；
滑块，其沿所述挤料管的延伸方向可滑动连接在所述挤料管内，且所述滑块位于所述活塞上方；所述滑块上开设有与所述丝杆匹配的螺纹孔，且所述滑块通过所述螺纹孔与所述丝杆配合连接；
多根连接杆，其呈圆周分布在所述滑块与所述活塞之间；每根连接杆的一端与所述滑块的底部固定连接，另一端与所述活塞的顶部固定连接；以及
驱动电机，其用于驱使所述丝杆转动。
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