一种FDM打印过程应力检测方法技术

本发明专利技术提供一种FDM打印过程应力检测方法，包括如下步骤：步骤一、制作待成型Solidworks零件模型，选定待测区域，于待测区域留有空槽以放置传感器；步骤二、当FDM打印机打印至空槽位置所在层处暂停打印过程；步骤三、在模型中调整待测区域空槽的方位，进而调整应变片方向得以测量X、Y、45

【技术实现步骤摘要】
一种FDM打印过程应力检测方法


[0001]本专利技术涉及应力检测
，是一种FDM打印过程应力检测方法。

技术介绍

[0002]熔融沉积成型技术简称FDM技术，FDM以其成型材料广泛且成本低、设备运维成本低等优点得到广泛应用，但是由于该技术使用的材料大多为高分子有机合成塑料决定了最终的成型零件会存在尺寸收缩、翘曲变形等影响成型精度。成型过程中的温度场的分布梯度会引起零件内部的热应力及变形，进而引起零件外形尺寸的变化，严重影响零件的成型精度。零件的成型质量不高严重限制了熔融沉积快速成型技术在市场上的推广运用。使得其应用领域主要集中在研发试验环节的试验模型和功能性原型制造。因此，研究FDM成型过程的温度场、应力场的分布对揭示制件尺寸收缩规律及机理对FDM技术推广应用具有重要意义。
[0003]电阻应变片测量法是最传统的测量应变的方法，应用非常广泛。其测量原理是把应变片粘贴在变形处，当结构发生应变时，应变片的阻值也会发生变化，通过应变仪把电阻变化的信号转化成电压或电流的信号，就能得到结构的应变值。应变片测量法具有精度高、尺寸小等优点。可以将应变片嵌入试件内部，依据电阻丝的电阻率随电阻丝的变形而变化的关系，把力学参数转换成为电学参数，再将电学参数转换为试件的应变值，从而能够测量试件分布式点应变，为研究FDM内部应力变化提供了可能。而且应变片测量设备便宜，便于在FDM试件应力测量中大量使用。
[0004]本专利技术的目的是开发一种FDM成型过程温度场、应力场的测试系统。提出一种FDM成型过程应力测试的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在专利技术一种FDM成型过程中，测量FDM制件内部动态应力的方法，以解决其他应变检测方法无法检测FDM制件内部应力、价格昂贵的问题。
[0006]本专利技术公开的一种FDM打印过程应力检测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、制作待成型Solidworks零件模型为零件1，选定待测区域，于待测区域留有空槽以放置传感器；空槽大小与应变片大小相同，其中应变片型号为BA
‑
120
‑
3AA的应变片，应变片包括：工作应变片R1、补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4；
[0008]步骤二、使用FDM打印机加载零件1，设定打印参数，开始打印，当FDM打印机打印至位置2所在层处暂停打印过程；
[0009]步骤三、打磨应变片底部，使用502胶水，将工作应变片R1粘贴固定在空槽处待测区域，在模型中调整待测区域空槽的方位，进而调整应变片方向得以测量X、Y、45
°
等方向应力；
[0010]步骤四、将工作应变片R1与补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4组成全桥，并将通过桥盒与应变仪连接，将应变仪连接采集卡，采集卡将应变仪传输的电压信号存储
至计算机，准备采集；
[0011]步骤五、将补偿应变片R2、R3、R4固定于可编程加热平台3上，设定可编程加热平台3的温度为25℃；调平应变仪，设置采集卡采样频率为500Hz，应变仪开始记录应变片输出的电压；FDM打印机继续打印零件；记录应变仪电压V
ε
＝f(i)，其中i为采集样本个数；
[0012]步骤六、应变片在长时间测量应力过程中会产生零点漂移，零点漂移会影响测量应力的准确性，通过使用与实际测量相同条件，根据零件实际打印、冷却时间，测量30min内的零点漂移，采用信号处理的方法，去除零漂；
[0013]步骤七、由于FDM打印过程中，待测区域会发生强烈的温度变化，而应变片在不同温度下会表现不同的电阻，故而需要研究应变片的温度特性；因此通过使用与实际测量相同条件，测量在FDM过程相同的温度变化下的应变片的电压变化，并根据应变片温度漂移特点，采用信号处理的方法，去除温漂；
[0014]步骤八、应变、应力计算；
[0015](1)应力计算方法，令去除零漂、温漂后的应力测量电压为V
L
；
[0016]则，V
L
＝V
ε
‑
Y
l
‑
V2；
[0017]上式中V
ε
为打印过程应变仪电压，Y
l
为零点漂移电压，V2为温度漂移电压；
[0018]应变ε为：
[0019]应力，F＝E*ε；其中E为打印材料的弹性模量；
[0020](2)编写应变、应力计算软件；其中去噪部分，针对FDM打印过程中测得的温度应力数据特性采用高斯去噪、中值滤波、均值滤波、小波去噪、EMD模特分解方法去除噪声；应力计算部分包括零漂过滤、温漂过滤、温度、应变、应力计算；并添加了画笔、数据缩放，时钟功能，以方便处理数据的细节部分。
[0021]优选的，所述步骤六中去除零漂的步骤为：
[0022](1)硬件连接，将工作应变片R1、补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4组成全桥连接，打磨工作应变片R1、补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4底部，将4片应变片粘贴固定于可编程加热平台3上，设定加热平台温度为25℃，采集工作应变片R1、补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4零点漂移；
[0023](2)数据预处理，应变片漂移分为两种，一种为水平零点漂移，一种为斜率零点漂移；应变采样过程中，设应变采样总时长为T，样本数量为N，采集到的信号为y1‑
y
n
，为样本均值：
[0024]其中i＝1,2,
···
,N
[0025]σ
y
为样本方差：
[0026][0027]当时为水平零点漂移，时为斜率零点漂移；
[0028](2.1)去除水平零点漂移，令去除零点漂移后的电压信号为Y
i
；
[0029]则零点漂移电压为：
[0030]Y
i
＝y(i)
‑
Y
l
；
[0031](2.2)去除斜率零点漂移：
[0032]其中为第一均值点，为第二均值点；N为样本数量；T为采样总时长；
[0033]其中
[0034]其中
[0035]则样本数据的斜率
[0036]则零点漂移电压为：Y
l
＝(k*t)
[0037]去除斜率零点漂移后的信号Y
i
：
[0038]Y
i
＝y(i)
‑
Y
l
，其中i＝1,2,
···
,N。
[0039]优选的，所述步骤七中去除温漂的步骤为：
[0040](1)打印过程温度测试，FDM打印机加载第二零件5，在待测区域处有空槽，该温度测量区域与应变检测的测量位置相同，空槽与温度传感器PT100大小相同；
[0041]将第二零件5切片打印，当FDM打印机打印至位置2所在层处暂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FDM打印过程应力检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、制作待成型Solidworks零件模型为零件(1)，选定待测区域，于待测区域留有空槽以放置传感器；空槽大小与应变片大小相同，其中应变片型号为BA
‑
120
‑
3AA，应变片包括：工作应变片R1、补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4；步骤二、使用FDM打印机加载零件(1)，设定打印参数，开始打印，当FDM打印机打印至位置(2)所在层处暂停打印过程；步骤三、打磨应变片底部，使用502胶水，将工作应变片R1粘贴固定在空槽处待测区域，在模型中调整待测区域空槽的方位，进而调整应变片方向得以测量X、Y、45
°
方向应力；步骤四、将工作应变片R1与补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变片R4组成全桥，并通过桥盒与应变仪连接，将应变仪连接采集卡，采集卡将应变仪传输的电压信号存储至计算机，准备采集；步骤五、将补偿应变片R2、R3、R4固定于可编程加热平台(3)上，设定可编程加热平台(3)的温度为25℃；调平应变仪，设置采集卡采样频率为500Hz，应变仪开始记录应变片输出的电压；FDM打印机继续打印零件(1)；记录应变仪电压V
ε
＝f(i)，其中i为采集样本个数；步骤六、应变片在长时间测量应力过程中会产生零点漂移，零点漂移会影响测量应力的准确性，通过使用与实际测量相同条件，根据零件(1)实际打印、冷却时间，测量30min内的零点漂移，采用信号处理的方法，去除零漂；步骤七、由于FDM打印过程中，待测区域会发生强烈的温度变化，而应变片在不同温度下会表现不同的电阻，故而需要研究应变片的温度特性；因此通过使用与实际测量相同条件，测量在FDM过程相同的温度变化下的应变片的电压变化，并根据应变片温度漂移特点，采用信号处理的方法，去除温漂；步骤八、应变、应力计算；(1)应力计算方法，令去除零漂、温漂后的应力测量电压为V
L
；则，V
L
＝V
ε
‑
Y
l
‑
V2；上式中V
ε
为打印过程应变仪电压，Y
l
为零点漂移电压，V2为温度漂移电压；应变ε为：应力，F＝E*ε；其中E为打印材料的弹性模量；(2)编写应变、应力计算软件；其中去噪部分，针对FDM打印过程中测得的温度应力数据特性采用高斯去噪、中值滤波、均值滤波、小波去噪、EMD模特分解方法去除噪声；应力计算部分包括零漂过滤、温漂过滤、温度、应变、应力计算；并添加了画笔、数据缩放，时钟功能，以方便处理数据的细节部分。2.根据权利要求1所述的一种FDM打印过程应力检测方法，其特征在于，所述步骤六中去除零漂的步骤为：(1)硬件连接，将工作应变片R1、补偿应变片R2、补偿应变片R3、补偿应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯和平，岳阳，刘健，刘善慧，雷晓飞，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：