五轴连续纤维3D打印机及其数控系统开发

摘要

为了解决传统三轴连续纤维3D打印复杂轨迹精确成型困难的问题,设计搭建了五轴连续纤维3D打印机,该3D打印机具有5个联动轴(XYZBC)以及1个树脂螺杆挤出装置辅助轴。针对典型的3D打印控制方案存在可联动轴数少、可扩展性差、实时性差等问题,对全软件型开放式数控系统进行了研究,并将其应用于连续纤维增材制造领域。基于开源数控平台LinuxCNC及EtherCAT工业以太网设计开发了面向五轴连续纤维3D打印机的全软件型开放式数控系统。通过优化RT–Preempt实时内核、开发集成IgH–EtherCAT的HAL模块,完成五轴联动控制,并将螺杆挤出轴作为主轴以实现其转速的精准控制。经测试,用户层与内核层调度最大抖动控制在5μs以内,集成EtherCAT的数控系统最大抖动<50μs,实时性较好。最后通过标准拉伸性能试验和空间点阵结构的成型试验验证了五轴连续纤维3D打印系统方案的可行性。