一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法技术

本发明专利技术公开了一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，包括以下步骤：采用3D打印制作多种不同构建取向的试样样条，在试样样条表面设置散斑；将试样样条放置于加载装置，调试加载装置；进行力学性能检测试验，采集试样样条在试验全程的图像；利用数字图像相关方法，对试样样条变形前后的图像进行对比分析，获得像素点位移、应变信息；根据应变信息，得到应力应变曲线，得出试样样条性能参数；重复以上步骤，完成多种不同构建取向的试样样条的力学性能检测试验，分析不同构建取向的在试样样条力学性能的差异。

【技术实现步骤摘要】
一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法
本专利技术属于增材制造产业的力学性能检测
，具体涉及一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。力学性能测量方法从原理上来看分为电测法与光测法，电测法包括电阻应变计，电容应变计等，电测法由于其操作简单等优点在实验室广泛应用，但电测法属于接触式测量，在很多复杂情况下(如高温、低温或磁场)受到试验条件的制约，往往是不能达到试验要求的。另一方面工程上的试验往往需要在试样表面粘贴大量的应变片，由于应变片的不可重复使用也带来了成本问题。数字图像相关方法(Digitalimagecorrelation，DIC)是一种基于被测物体变形前后相关原理的光学方法，是由CCD摄像机在被测物体加载过程中拍摄，结合计算机图像处理与识别技术产生的一种变形分析方法，具有全场、非接触、实时性以及对环境要求低的优点。在进行材料力学性能分析时通常是假定材料连续均匀的，不考虑材料本身的缺陷或者裂纹，但是在制造行业产品的各向异性随处可见，在增材制造行业尤其突出，由于其独特的逐层堆积成型的制造工艺使得试样表现出明显的各向异性。在增材制造行业中由于设置的填充密度、打印速度、底板温度、针头温度、层厚等等因素的不同，都会影响试样的刚度、强度、稳定性。任何一个条件的改变都会影响到产品的力学性能，以及表面光洁度等等。3D打印快速成型技术是制造业领域正在迅速发展壮大的一项新兴的增材制造技术，被喻为“具有工业革命意义的制造技术，对如何提高打印产品的性能的研究也是近年来一直关注的话题，它得益于多个学科领域尖端技术相互融合，使其在航天、国防、生物医学、政府、医疗设备、高科技、教育业、制造业、汽车摩托车以及家电等领域得到了一定的应用，发展前景非常广泛。目前为止，打印技术的种类越来越多，但是谈及打印技术绕不开的就是熔融沉积成型(FusedDepositionModeling，FDM)技术，它是一个复杂的过程，有大量影响产品质量和材料性能的参数，这些参数的组合通常很难理解。毕永豹等使用麦秸粉与PLA共混制备生物质复合打印材料，通过探索不同的填充密度、层厚、打印速度与温度等条件对该复合物质制品的力学性能研究，结合实验得出相应条件最佳的打印方式。Raunt等考虑摆放的角度对制品的力学性能的影响。舒友等人从打印速度，填充密度以及温度三个因素出发，探索不同条件对3D打印降解左旋聚乳酸(PLLA)样品的力学性能的影响。还有很多参数例如构建方向、层厚度、光栅角度、光栅宽度以及气隙度等，对FDM打印部件的质量和性能有很大影响。由于3D打印技术已经相当的成熟，近几年，越来越多的国内外研究者更加关注于打印参数的设置，或者是与打印材料的共混改性物质的力学性能的研究，很多学者都已经从各种打印参数的设置上研究试样的力学性能，然而很少有学者从测量手段出发去研究其制品的力学性能。由于机械性能对功能部件至关重要，且不同构建成型的试样的力学性能差异较为显著，而国内外专家学者对不同构建取向成型的打印试样力学性能的研究较少，绝对有必要检查工艺参数对机械性能的影响。因此，很有必要进一步对不同打印参数引起构件力学性能的差异进行深究，但专利技术人发现，现有技术中并没有考虑到对构件力学性能差异进行分析，特别是关于由低成本3D打印机加工的零件的力学性能差异的分析则更为稀少。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求打印试样力学性能检测的方法，提供一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，该方法将数字图像相关方法应用于增材制造行业，分析了构建取向不同打印成型试件的力学性能差异。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，包括以下步骤：采用3D打印制作多种不同构建取向的试样样条，在试样样条表面设置散斑；将试样样条放置于加载装置，调试加载装置；进行力学性能检测试验，采集试样样条在试验全程的图像；利用数字图像相关方法，对试样样条变形前后的图像进行对比分析，获得像素点位移、应变信息；根据应变信息，得到应力应变曲线，得出试样样条性能参数；重复以上步骤，完成多种不同构建取向的试样样条的力学性能检测试验，分析不同构建取向的在试样样条力学性能的差异。作为进一步的技术方案，在试样样条表面设置散斑的步骤为：将试样样条的一侧表面使用白色哑光漆喷涂全部，再由黑色哑光漆点缀制作均匀分布的散斑。作为进一步的技术方案，在试样样条表面设置散斑的步骤为：将试样样条的一侧表面使用黑色哑光漆喷涂全部，再由白色哑光漆点缀制作均匀分布的散斑。作为进一步的技术方案，所述加载装置包括万能试验机，万能试验机与万能试验控制系统连接，万能试验机前方置有CCD工业相机，CCD工业相机与电脑相连；所述万能试验机中设置夹持加载构件。作为进一步的技术方案，在进行三点弯曲试验时，所述夹持加载构件包括滑道、加载支座，所述滑道顶部具有滑槽，两加载支座间隔设置于滑槽，且加载支座可沿滑槽滑动；试件放置于两个加载支座上，所述滑道上方设置集中力施加装置。作为进一步的技术方案，所述集中力施加装置包括开口朝上的C字形构件，C字形构件顶端与万能试验机连接，C字形构件底端连接加载杆，加载杆竖向设置；所述滑道横向设置。作为进一步的技术方案，放置试样样条的过程为：将试样样条放置于万能试验机中间位置，使得试样样条保持竖向和水平的平衡，样条上喷有散斑的一面朝向CCD工业相机。作为进一步的技术方案，像素点位移、应变信息的获得过程为：将试样样条变形前后的图像进行对比分析，然后对变形前后图像的子区进行相关性计算，获得子区中心点像素变形前后的相对位移，从而获得像素点位移、应变信息。作为进一步的技术方案，试样样条性能参数的得出过程为：由像素点位移、应变信息，结合加载荷载与时间的关系，获得实时的应力应变曲线，结合数字图像相关方法得出的应变云图，获得试样样条抗拉强度、伸长率、变形速度和加速度性能参数。作为进一步的技术方案，所述力学性能检测试验包括拉伸试验、压缩试验、三点弯曲试验，对多种不同构建取向的试样样条依次进行三种试验，分析每一试验条件下不同构建取向的试样样条的力学性能。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：本专利技术能够准确获得全场位移应变，测得试件的抗拉(压/弯)强度和伸长率等信息。本专利技术首次将数字图像相关方法应用在增材制造行业，对不同构建取向成型的打印试样的力学性能进行全面地分析，对于其他的打印参数的改变亦是同理，也可以使用该方法对其力学性能的差异进行深入的探究。本专利技术克服了传统方法的接触式测量，本方法能够从细观分析位移、应变以及应力，范围更广，精度更高，更能反映真实的力学性能；克服了传统测量手段给出的测量数据误差较大和对试验条件要求较为严苛的问题，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，其特征是，包括以下步骤：/n采用3D打印制作多种不同构建取向的试样样条，在试样样条表面设置散斑；/n将试样样条放置于加载装置，调试加载装置；/n进行力学性能检测试验，采集试样样条在试验全程的图像；/n利用数字图像相关方法，对试样样条变形前后的图像进行对比分析，获得像素点位移、应变信息；/n根据应变信息，得到应力应变曲线，得出试样样条性能参数；/n重复以上步骤，完成多种不同构建取向的试样样条的力学性能检测试验，分析不同构建取向的在试样样条力学性能的差异。/n

【技术特征摘要】
1.一种不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，其特征是，包括以下步骤：
采用3D打印制作多种不同构建取向的试样样条，在试样样条表面设置散斑；
将试样样条放置于加载装置，调试加载装置；
进行力学性能检测试验，采集试样样条在试验全程的图像；
利用数字图像相关方法，对试样样条变形前后的图像进行对比分析，获得像素点位移、应变信息；
根据应变信息，得到应力应变曲线，得出试样样条性能参数；
重复以上步骤，完成多种不同构建取向的试样样条的力学性能检测试验，分析不同构建取向的在试样样条力学性能的差异。


2.如权利要求1所述的不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，其特征是，在试样样条表面设置散斑的步骤为：
将试样样条的一侧表面使用白色哑光漆喷涂全部，再由黑色哑光漆点缀制作均匀分布的散斑。


3.如权利要求1所述的不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，其特征是，在试样样条表面设置散斑的步骤为：
将试样样条的一侧表面使用黑色哑光漆喷涂全部，再由白色哑光漆点缀制作均匀分布的散斑。


4.如权利要求1所述的不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，其特征是，所述加载装置包括万能试验机，万能试验机与万能试验控制系统连接，万能试验机前方置有CCD工业相机，CCD工业相机与电脑相连；所述万能试验机中设置夹持加载构件。


5.如权利要求4所述的不同构建取向3D打印试样力学性能分析的方法，其特征是，在进行三点弯曲试验时，所述夹持加载构件包括滑道，所述滑道顶部具有滑槽，两...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡秀，张彬，周晓宾，何小元，朱飞鹏，邵新星，孙伟，马庆元，刘召亮，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37