面向材料挤出增材制造的力控打印

在材料挤出增材制造中，挤出过程通常以前馈方式进行控制。每个打印位置处挤出的材料量由规划软件预先计算。这种方法本质上无法适应外部和意外扰动，且结果质量在很大程度上依赖于许多建模和调参参数。为了克服这些局限性，我们提出了首个用于材料挤出增材制造的力控打印框架。我们利用定制的挤出机实时测量挤出力，并将该物理量作为反馈以闭环方式连续控制材料流。我们证明了挤出力与线宽之间存在强相关性，并利用这一点在 33% 至喷嘴直径 233% 的宽度范围内沉积所需宽度的线条。我们还展示了力控打印在打印质量和抗扰性方面如何优于传统的前馈挤出，同时只需很少的调参并能自动适应硬件设置的变化。无需任何自适应，力控打印能够在床面调平受到严重扰动的情况下（例如层高在标称高度的 20% 至 200% 之间）沉积出所需宽度的线条。