微波辅助连续碳纤维增强复合材料3D打印的数字孪生技术

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微波辅助熔融沉积成型（FFF）3D打印技术是一种新兴的高速打印连续碳纤维增强热塑性复合材料（CCFRP）的方法。与传统FFF工艺不同，微波具有选择性和体积加热特性，可瞬间熔融热塑性材料，而微波打印头和喷嘴保持室温。这些优势能显著提高CCFRP的打印速度，但在微波辅助3D打印过程中存在打印床传送带打滑现象。传送带打滑是由于冷喷嘴高速运动时与粗糙的已打印丝材表面产生摩擦阻力所致。为解决此问题，本文提出了一个分层数字孪生（DT）框架，包括核心DT和基础DT，用于防止传送带打滑引起的打印故障。核心DT采用MATLAB Simscape多体动力学模型虚拟模拟打印过程，并在打印前对G代码进行修正。此外，安装在打印床上的加速度传感器与核心DT相连，可测量因传送带打滑产生的异常振动信号，并与核心DT通信以中断和修正打印过程。通过监测加热丝材的温度和微波输出功率，基础DT可评估喷嘴和微波电缆的使用寿命。该研究为微波辅助CCFRP 3D打印的过程控制和质量保证提供了新的解决方案。

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