基于螺杆挤出的聚合物3D打印中丝材生产率的稳定化

聚合物3D打印近年来已迅速商业化，然而提高制造速度仍是一个问题。螺杆挤出通过同时进行丝材生产和沉积，具有加快该过程的巨大潜力。本文通过基于观测器的输出反馈设计，开发了一种用于热塑性材料螺杆挤出式3D打印的控制算法。我们考虑热力学模型，该模型通过定义在时变域上的偏微分方程描述挤出聚合物温度分布的时间演化。空间域的时间演化由一个常微分方程控制，该方程反映了聚合物颗粒与作为熔融丝材沉积的熔融聚合物之间相变界面位置的动力学。当为界面位置指定所需设定点时，可获得沿挤出机分布温度的稳态分布。为了提高我们先前设计的可行性，我们开发了一个PDE观测器，通过测量表面温度和界面位置的值来估计温度分布。提出了一种输出反馈控制律，将边界入口处的冷却机制作为执行器。在挤出机中，原料温度的控制通常使用作为入口进料机构一部分的预处理器来实现。对于对应于慢速和快速操作模式的某些给定螺杆转速，进行了数值模拟以证明所提出控制器的性能。在物理上合理的温度分布下，实现了界面位置向所需设定点的收敛。