机器人基础连续纤维增强热塑性复合材料三维打印的U形转向精度研究

摘要整理

本研究旨在通过分析纤维束偏移和宽度变化，优化工艺参数，提高机器人三维打印连续纤维增强热塑性复合材料的U形转向精度，实现近净成形制造。建立了六轴机器人熔融沉积成形系统，采用打印前工具中心点校准方法，将X方向偏差降低80%（280→32µm）。通过L9(3⁴)正交实验评估打印速度（120-240 mm/min）、转向半径（0.5-1.5 mm）、进料比（40%-60%）和回抽控制等参数的影响。研究表明转向半径对精度影响显著（p<0.1）。最优工艺参数为1.5 mm转向半径、120 mm/min打印速度、60%进料比和启用回抽控制，实现了244 µm的纤维束偏移和0.19%的宽度误差。打印件在平面和曲面区域的平均精度分别为167.9 µm和89.6 µm，边缘偏差达±1.78 mm。本研究为高精度连续纤维增强热塑性复合材料制造提供了实用解决方案，建立了机器人三维打印工艺优化框架，为航空航天和汽车应用领域的工艺改进奠定基础，并为后续热学和挤出工艺研究指明方向。

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