一种生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，步骤为：S1、通过对3D打印工艺分析，确定影响生物墨水3D打印直线元素效果的工艺参数；S2、定义生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差及其测量方法；S3、通过筛选试验获得各工艺参数的可打印范围；S4、通过交互作用试验确定田口法正交试验表；S5、完成田口法正交试验，对尺寸误差采用信噪比分析获得最优工艺参数；该工艺参数优化方法能够方便、快速准确、可靠地得到试用不同生物墨水和/或挤出式3D打印机在进行生物墨水3D打印直线元素时的最优工艺参数组合。时的最优工艺参数组合。时的最优工艺参数组合。

【技术实现步骤摘要】
一种生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法


[0001]本专利技术涉及生物墨水3D打印
，特别涉及一种生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法。

技术介绍

[0002]生物墨水被定义为包含生物组分或生物材料的混合物凝胶，一般采用3D打印进行加工。近年来，由植物组分(纤维素，木质素等)制备的生物墨水得益于价低、无毒无害、可持续性、来源充足以及机械性能良好等优点受到了学术界、生物界和工业界的广泛关注被成功应用于组织培养、康复工程等医学领域以及电池、传感器、记忆材料等工业领域。生物墨水的广泛应用对生物墨水3D打印的工艺参数优化提出了高要求。生物墨水3D打印工艺参数的设置对最终成型零件的精度和质量起到至关重要的作用，且生物墨水3D打印对生物墨水、3D打印机没有通识性，不同的生物墨水在相同的3D打印机上打印时最优参数不同，相同的生物墨水在不同的3D打印机上打印时最优参数不同。若在不合适的工艺参数下进行生物墨水3D打印则容易出现气孔、不连续、尺寸精度低等缺陷。因此，工艺参数的优化是生物墨水3D打印的基础和必不可少的工作。在利用生物墨水通过3D打印成型为零件的过程中，3D打印而成的直线元素是最基本的工艺元素，高精度的直线元素是最终成型零件精度和质量的保证。因此，生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化是生物墨水3D打印工艺参数优化中最基本最重要的一步。
[0003]然而，目前对生物墨水3D打印的工艺研究还只集中于通过实验法确定生物墨水3D打印的可打印参数范围。现有技术的通过实验法确定生物墨水3D打印的可打印参数范围的方法只能提供生物墨水3D打印工艺参数的一个可选范围而不是一个明确的优化参数组合，导致生物墨水3D打印的直线元素质量不一，且很难达到最优质量。因此，在实际工程应用中，尚缺乏一种方便、快速准确、可靠的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种能够方便、快速准确、可靠地得到不同生物墨水和/或不同挤出式3D打印机在进行生物墨水3D打印直线元素工艺中的最优工艺参数组合的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法。
[0005]为此，本专利技术技术方案如下：
[0006]一种生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，步骤如下：
[0007]S1、通过对3D打印工艺分析，确定影响生物墨水3D打印直线元素效果的工艺参数；
[0008]S2、定义生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差及其测量方法；
[0009]S3、通过筛选试验获得各工艺参数的可打印范围；
[0010]S4、通过交互作用试验确定田口法正交试验表；
[0011]S5、完成田口法正交试验，对尺寸误差采用信噪比分析获得最优工艺参数。
[0012]进一步地，步骤S1的实施步骤为：
[0013]S101、基于生物墨水3D打印直线元素的工艺过程，确定喷嘴底部到基板的距离h、活塞的速度v
p
和喷嘴直线运动速度v
n
为三个可以人为设定的变量，影响3D打印工艺效果；
[0014]S102、由于活塞的速度v
p
和喷嘴直线运动速度v
n
这两个工艺参数之间存在关联关系，因此替换上述两个工艺参数为喷嘴直线运动速度v
n
和挤出系数E；其中，式中，D
s
为挤出式3D打印内挤出装置中的针管内径，D
n
为挤出式3D打印内挤出装置中的喷嘴内径；
[0015]S103、最终确定影响生物墨水3D打印直线元素效果的工艺参数为：喷嘴直线运动速度v
n
，挤出系数E，和喷嘴底部到基板的距离h。
[0016]进一步地，在步骤S2中，定义在生物墨水3D打印直线元素上的各采样点处的直线元素宽度与全部N个采样点处的直线元素宽度的平均线宽之间的偏差值为生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差；其中，N个采样点沿生物墨水3D打印直线元素的长度方向均布设置。
[0017]进一步地，步骤S2中，生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差的测量方法为：
[0018]1)在生物墨水3D打印完成的直线元素下方放置一把直尺，并使直尺平行于该直线元素，以作为直线元素的尺寸参考；然后，利用相机以相机镜头竖直向下垂直于3D打印机基板的方式采集包含有直线元素和直尺的照片；
[0019]2)在相片处理软件中打开照片，并在照片中的直线元素上沿直线方向以Δl的间隔距离设置N个采样点，以放在直线元素下方的直尺作为尺寸参考，测量得到各采样点处直线元素的线宽w
i
(i＝1,2,...,N)；
[0020]3)根据公式：计算直线元素上N个采样点处测量的多个线宽值的平均线宽
[0021]4)根据公式：计算每个采样点上生物墨水3D打印的直线元素的尺寸误差；式中，e
i
是第i个采样点上生物墨水3D打印的直线元素的尺寸误差。
[0022]进一步地，为保证充分考虑到生物墨水3D打印过程的不均匀性，相邻采样点5间距Δl应满足：Δl≤2mm。
[0023]进一步地，步骤S3的具体实施步骤为：
[0024]S301、确定喷嘴直线运动速度v
n
的可打印范围：
[0025]1)设置喷嘴底面距离基板20mm，挤出系数E为1，喷嘴直线运动速度v
n
的取值范围及取值间隔，并根据公式：计算得到对应的活塞的速度v
p
；
[0026]2)设置喷嘴固定不动，按步骤1)计算得到的不同活塞的速度v
p
来控制活塞运动，获得不同活塞的速度v
p
下的3D打印直线元素，观察生物墨水在空气中的成型纤维，选择成型纤维稳定、连续、无突变的结果对应的活塞的速度v
p
所对应的喷嘴直线运动速度v
n
的条件，从而确定喷嘴直线运动速度v
n
的可打印范围；
[0027]S302、确定挤出系数E和喷嘴底部到基板的距离h的可打印范围：
[0028]1)根据步骤S301所得喷嘴直线运动速度v
n
的可打印范围，设置喷嘴直线运动速度v
n
为可打印范围的中位值；设置挤出系数E在筛选试验中的经验取值范围及取值间隔；设置
喷嘴底部到基板的距离h的经验取值范围及取值间隔；
[0029]2)首先基于步骤1)的设置确定h的取值为其经验取值范围的中位值，并根据挤出系数E在筛选试验中的经验取值范围及取值间隔进行若干组打印并对应得到若干条3D打印直线元素；然后选择直线元素稳定、连续、无突变的结果为挤出系数E的可打印范围；
[0030]3)首先基于步骤2)的结果确定挤出系数E的取值为其新取值范围的中位值，并根据步骤1)的设置的确定的喷嘴底部到基板的距离h的取值范围及取值间隔，进行若干组打印并对应得到若干条3D打印直线元素；然后选择直线元素稳定、连续、无突变的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，其特征在于，步骤如下：S1、通过对3D打印工艺分析，确定影响生物墨水3D打印直线元素效果的工艺参数；S2、定义生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差及其测量方法；S3、通过筛选试验获得各工艺参数的可打印范围；S4、通过交互作用试验确定田口法正交试验表；S5、完成田口法正交试验，对尺寸误差采用信噪比分析获得最优工艺参数。2.根据权利要求1所述的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，其特征在于，步骤S1的实施步骤为：S101、基于生物墨水3D打印直线元素的工艺过程，确定喷嘴底部到基板的距离h、活塞的速度v
p
和喷嘴直线运动速度v
n
为三个可以人为设定的变量，影响3D打印工艺效果；S102、由于活塞的速度v
p
和喷嘴直线运动速度v
n
这两个工艺参数之间存在关联关系，因此替换上述两个工艺参数为喷嘴直线运动速度v
n
和挤出系数E；其中，式中，D
s
为挤出式3D打印内挤出装置中的针管内径，D
n
为挤出式3D打印内挤出装置中的喷嘴内径；S103、最终确定影响生物墨水3D打印直线元素效果的工艺参数为：喷嘴直线运动速度v
n
，挤出系数E，和喷嘴底部到基板的距离h。3.根据权利要求1所述的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，其特征在于，在步骤S2中，定义在生物墨水3D打印直线元素上的各采样点处的直线元素宽度与全部N个采样点处的直线元素宽度的平均线宽之间的偏差值为生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差；其中，N个采样点沿生物墨水3D打印直线元素的长度方向均布设置。4.根据权利要求3所述的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，其特征在于，在步骤S2中，生物墨水3D打印直线元素的尺寸误差的测量方法为：1)在生物墨水3D打印完成的直线元素下方放置一把直尺，并使直尺平行于该直线元素，以作为直线元素的尺寸参考；然后，利用相机以相机镜头竖直向下垂直于3D打印机基板的方式采集包含有直线元素和直尺的照片；2)在相片处理软件中打开照片，并在照片中的直线元素上沿直线方向以Δl的间隔距离设置N个采样点，以放在直线元素下方的直尺作为尺寸参考，测量得到各采样点处直线元素的线宽w
i
(i＝1,2,...,N)；3)根据公式：计算直线元素上N个采样点处测量的多个线宽值的平均线宽4)根据公式：计算每个采样点上生物墨水3D打印的直线元素的尺寸误差；式中，e
i
是第i个采样点上生物墨水3D打印的直线元素的尺寸误差。5.根据权利要求4所述的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，其特征在于，Δl≤2mm。6.根据权利要求2所述的生物墨水3D打印直线元素的工艺参数优化方法，其特征在于，步骤S3的具体实施步骤为：S301、确定喷嘴直线运动速度v
n
的可打印范围：1)设置喷嘴底面距离基板20mm，挤出系数E为1，喷嘴直线运动速度v
n
的取值范围及取值
间隔，并根据公式：计算得到对应的活塞的速度v
p
；2)设置喷嘴固定不动，按步骤1)计算得到的不同活塞的速度v
p
来控制活塞运动，获得不同活塞的速度v
p
下的3D打印直线元素，观察生物墨水在空气中的成型纤维，选择成型纤维稳定、连续、无突变的结果对应的活塞的速度v
p
所对应的喷嘴直线运动速度v
n
的条件，从而确定喷嘴直线运动速度v
n
的可打印范围；S302、确定挤出系数E和喷嘴底部到基板的距离h的可打印范围：1)根据步骤S301所得喷嘴直线运动速度v
n
的可打...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江源，涂勇强，杨功碧，
申请(专利权)人：厦门天宇丰荣科技有限公司，
类型：发明
国别省市：