1.3 实验设计

 3D 打印存在着复杂的材料状态变化过程, 材料需要经历“固态、液态、固态”的状态变化过程, 并且打印的精度要求非常高, 此时引入了一些新的技术和新的控制器、控制系统. 在这种情况下, 难以通过状态、能量等化学以及基本的物理定律来建立精确的结构模型，即使建立了模型, 也会由于模型阶次太高, 不适合用于控制系统的分析与设计. 同时, 3D打印控制系统中还存在大量的不稳定因素, 例如: 环境温度变化、支撑的稳定性、电机运动的准确性、翘曲形变、应力作用等. 针对难于建模、耦合性强、不确定因素多的复杂系统,可以利用大量的数据系统进行分析与控制, 同时采用基于田口设计方法或者ANASYS 有限元方法设计出相关实验. 这些是未来3D打印控制系统的实验设计的发展方向, 在科研性和应用性上有不错的指导意义。

1.4 仿真研究

 国内外对3D 打印控制的仿真研究过程还仅仅处于在打印过程中相邻层、局部性的功能模拟与验证阶段. 这些工作主要针对打印过程中模型的局部瞬间温度场模拟, 实验所用的一些模型采用常规形态(如矩形、正方形、三角形等), 很少考虑到在实际打印经常出现的具有复杂多变、独特形态特征的模型, 这些模型在3D 打印的实际作业过程中经常出现变形等问题. 同时, 仿真研究也不能将相变潜热、对流、辐射、热传导等因素的综合作用所累积产生的层间应力变化反应出来, 只能考虑到单一因素引起的变化; 在打印过程中材料因为受热后物理参数发生改变, 仿真过程中却对材料设置了相同的物理参数, 实际上其中的热力学等许多物理参数差别巨大,这样的仿真模拟过程存在着明显严重缺陷. 因此, 打印过程中的可视化仿真是现阶段需要攻克的难题。

1.5 计算能力

 3D 打印机在工作过程中经常发生状态转换, 各个被控制部件之间有着强耦合性, 且3D 打印控制除了要求具备高度的准确性和快速性之外, 还需具备实时性, 这就对控制器的计算能力提出了更高要求.一些低端产品由于成本等原因采用的是单片机作为控制器, 但计算能力稍显不足; 因此为了满足3D 打印机在性能上的需求, 必须采用计算能力更高的控制器. 同时, 3D打印也存在非线性强、控制模型阶

次高的问题; 因此, 如何开发先进算法来解决这些问题也是未来3D 打印控制系统所要做的。

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