實驗名稱：五軸電(dian)流體共形噴印的后(hou)處理算法研究

　　研究方向：射(she)(she)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)方向不是垂直向下(xia)，而是被(bei)側向的(de)(de)(de)電(dian)場(chang)“拉(la)”過去了(le)(le)(le)。并(bing)且隨著(zhu)基板的(de)(de)(de)傾角(jiao)增(zeng)大，射(she)(she)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)偏(pian)移(yi)角(jiao)度(du)隨之增(zeng)大，由此對打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)產(chan)生了(le)(le)(le)兩(liang)個(ge)問(wen)題：（1）由于射(she)(she)流(liu)(liu)被(bei)側向電(dian)場(chang)“拉(la)”過去了(le)(le)(le)，導致(zhi)(zhi)射(she)(she)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)落點和(he)噴(pen)嘴實(shi)際運動軌跡不一致(zhi)(zhi)，影響了(le)(le)(le)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)的(de)(de)(de)定位精度(du)；（2）噴(pen)嘴和(he)基板之間(jian)法(fa)向距離會減(jian)小，而噴(pen)嘴和(he)基板之間(jian)電(dian)壓是固定的(de)(de)(de)，意味著(zhu)極間(jian)場(chang)強會增(zeng)大，從而導致(zhi)(zhi)電(dian)流(liu)(liu)體(ti)噴(pen)印(yin)(yin)(yin)(yin)射(she)(she)流(liu)(liu)出現紊亂。以上(shang)兩(liang)個(ge)問(wen)題限制了(le)(le)(le)電(dian)流(liu)(liu)體(ti)噴(pen)印(yin)(yin)(yin)(yin)工(gong)藝(yi)在(zai)曲面(mian)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)方面(mian)的(de)(de)(de)應用(yong)，為了(le)(le)(le)避免(mian)曲面(mian)電(dian)場(chang)對電(dian)流(liu)(liu)體(ti)噴(pen)印(yin)(yin)(yin)(yin)射(she)(she)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)影響，提高在(zai)曲面(mian)工(gong)況下(xia)電(dian)流(liu)(liu)體(ti)噴(pen)印(yin)(yin)(yin)(yin)的(de)(de)(de)質量，提出了(le)(le)(le)五軸(zhou)電(dian)流(liu)(liu)體(ti)共形(xing)噴(pen)印(yin)(yin)(yin)(yin)工(gong)藝(yi)方法(fa)。

　　測試設備：高壓放大器、函數發生器、噴(pen)頭、氣閥(fa)、工(gong)業相機、PC工(gong)控(kong)機等。

　　實驗過程：

　　圖1：五軸電流體共形噴(pen)印原理圖

　　如圖1所示，將電(dian)流體噴(pen)印工(gong)藝(yi)和(he)五(wu)軸(zhou)加工(gong)技術結合(he)在(zai)一起，五(wu)軸(zhou)聯動平(ping)臺(tai)由(you)XYZ三個線(xian)性平(ping)移軸(zhou)和(he)兩個旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)組成，通過兩個旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)可以使噴(pen)嘴始終(zhong)和(he)曲面基板的(de)法線(xian)重(zhong)合(he)。由(you)于噴(pen)嘴和(he)電(dian)場線(xian)始終(zhong)平(ping)行，因此(ci)電(dian)場不會對(dui)射流產生影響，從而達到(dao)提高打印質量的(de)目的(de)。

　　圖2：五軸電流體(ti)共(gong)形噴印實驗平臺(tai)

　　搭建了如圖2所示的(de)(de)五軸電(dian)流體共形噴(pen)(pen)(pen)印(yin)實(shi)(shi)驗平(ping)(ping)臺(tai)，該平(ping)(ping)臺(tai)為(wei)曲(qu)面(mian)電(dian)子集成制造裝(zhuang)備(bei)的(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)模(mo)塊(kuai)。運(yun)(yun)動(dong)部(bu)分(fen)(fen)主要由(you)三個(ge)(ge)平(ping)(ping)移(yi)軸XYZ和(he)兩個(ge)(ge)旋(xuan)轉(zhuan)軸AC組成，AC軸位(wei)于XY軸上(shang)(shang)面(mian)，曲(qu)面(mian)基(ji)板(ban)固(gu)定(ding)(ding)在(zai)(zai)C軸的(de)(de)基(ji)座上(shang)(shang)，運(yun)(yun)動(dong)軸通(tong)過(guo)伺服電(dian)機驅動(dong)。每個(ge)(ge)運(yun)(yun)動(dong)軸上(shang)(shang)安裝(zhuang)有光(guang)柵(zha)尺，運(yun)(yun)動(dong)控(kong)制卡UMAC通(tong)過(guo)光(guang)柵(zha)尺反饋的(de)(de)位(wei)置實(shi)(shi)現對運(yun)(yun)動(dong)軸的(de)(de)閉環控(kong)制。五軸運(yun)(yun)動(dong)平(ping)(ping)臺(tai)在(zai)(zai)UMAC的(de)(de)控(kong)制下可以實(shi)(shi)現噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)在(zai)(zai)曲(qu)面(mian)基(ji)板(ban)上(shang)(shang)的(de)(de)垂直打印(yin)，從而避免曲(qu)面(mian)電(dian)場的(de)(de)影響。該實(shi)(shi)驗平(ping)(ping)臺(tai)還集成了實(shi)(shi)現電(dian)流體噴(pen)(pen)(pen)印(yin)工(gong)藝所需的(de)(de)各種(zhong)硬件(jian)，高壓(ya)電(dian)源的(de)(de)正負極接在(zai)(zai)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)和(he)基(ji)板(ban)之間(jian)，流量(liang)泵固(gu)定(ding)(ding)在(zai)(zai)Z軸上(shang)(shang)面(mian)，噴(pen)(pen)(pen)頭(tou)安裝(zhuang)在(zai)(zai)精密流量(liang)泵上(shang)(shang)，定(ding)(ding)位(wei)相(xiang)機垂直于基(ji)板(ban)，觀(guan)測相(xiang)機對準噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)。由(you)1原理圖可知，五軸電(dian)流體共形噴(pen)(pen)(pen)印(yin)平(ping)(ping)臺(tai)分(fen)(fen)為(wei)運(yun)(yun)動(dong)模(mo)塊(kuai)、電(dian)壓(ya)模(mo)塊(kuai)、墨(mo)液供給模(mo)塊(kuai)和(he)視覺模(mo)塊(kuai)四個(ge)(ge)部(bu)分(fen)(fen)。

　　（1）運(yun)動(dong)(dong)模塊由運(yun)動(dong)(dong)模組和運(yun)動(dong)(dong)控(kong)(kong)制(zhi)卡(ka)組成(cheng)，運(yun)動(dong)(dong)模組由三個平移軸(zhou)和兩個旋轉軸(zhou)組成(cheng)，其中AC軸(zhou)位(wei)于XY軸(zhou)上，該布局為一個雙(shuang)轉臺(tai)五(wu)軸(zhou)運(yun)動(dong)(dong)結構。運(yun)動(dong)(dong)控(kong)(kong)制(zhi)卡(ka)采用(yong)可(ke)(ke)編程多軸(zhou)運(yun)動(dong)(dong)控(kong)(kong)制(zhi)器UMAC，UMAC為開(kai)發(fa)者提(ti)供了PComm32動(dong)(dong)態鏈接庫(ku)。運(yun)動(dong)(dong)控(kong)(kong)制(zhi)卡(ka)通過執行(xing)數(shu)控(kong)(kong)代碼文(wen)件，可(ke)(ke)以使多軸(zhou)聯(lian)動(dong)(dong)平臺(tai)實現(xian)五(wu)軸(zhou)共(gong)形打印。

　　（2）電壓(ya)模塊由函數發生(sheng)器(qi)(qi)和(he)(he)高壓(ya)放大(da)器(qi)(qi)組成(cheng)。NI-VISA提(ti)供了USB通(tong)信(xin)協議(yi)接口(kou)，上(shang)位機程序通(tong)過發送SCPI程控指令(ling)可以使函數發生(sheng)器(qi)(qi)產生(sheng)方波、正弦波和(he)(he)三角波等各種波形，電壓(ya)信(xin)號通(tong)過高壓(ya)放大(da)器(qi)(qi)擴大(da)1000倍加載(zai)到(dao)噴(pen)嘴和(he)(he)基板之(zhi)間，不同(tong)波形的電信(xin)號可以使噴(pen)嘴產生(sheng)不同(tong)形態(tai)的電流體噴(pen)印射流。

　　實驗結果：

　　提出了(le)(le)五(wu)軸(zhou)(zhou)電(dian)流體共(gong)形噴印(yin)，然(ran)后搭建了(le)(le)五(wu)軸(zhou)(zhou)電(dian)流體共(gong)形噴印(yin)平(ping)臺(tai)。由于(yu)雙轉(zhuan)臺(tai)五(wu)軸(zhou)(zhou)聯(lian)動平(ping)臺(tai)的軸(zhou)(zhou)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)為P(x，y，z，a，c)，而前處理(li)得到的插(cha)補(bu)(bu)點坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)為P(x，y，z，i，j，k)，針對(dui)軸(zhou)(zhou)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)和插(cha)補(bu)(bu)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)之間的非(fei)對(dui)等關(guan)系(xi)，通(tong)過運動學求解建立(li)了(le)(le)插(cha)補(bu)(bu)點坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)和平(ping)臺(tai)軸(zhou)(zhou)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)之間的數學關(guan)系(xi)。五(wu)軸(zhou)(zhou)切削加(jia)工采用固定進給率F的方式，無法(fa)反(fan)映工件坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)系(xi)下的打(da)印(yin)速(su)度(du)，從而會導致五(wu)軸(zhou)(zhou)電(dian)流體噴印(yin)打(da)印(yin)粗細不(bu)均。基于(yu)分(fen)段三次(ci)埃爾米特插(cha)值法(fa)對(dui)插(cha)補(bu)(bu)段的位置、速(su)度(du)和時(shi)間進行了(le)(le)約束，提高了(le)(le)打(da)印(yin)速(su)度(du)的均勻性，同時(shi)保證(zheng)了(le)(le)每個插(cha)補(bu)(bu)段的過渡(du)位置速(su)度(du)和加(jia)速(su)度(du)平(ping)滑過渡(du)。

　　?高(gao)壓放大器推薦(jian)：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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