确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，对打印机喷头温度、回抽速率、回抽距离和空驶速率进行单因素试验，判断各因素组合下打印机拉丝情况；采集单因素试验中各因素组合下的打印机振动信号，对振动信号进行时域分析，提取时域特征参数，通过各个因素组合下打印机拉丝情况，确定各时域特征参数对拉丝情况的影响规律；对打印机喷头温度、回抽速率、回抽距离和空驶速率进行正交试验；以域特征参数作为评价指标对正交试验的各因素进行极差分析，得到各因素的最优组合。可以及时确定打印零件的拉丝缺陷情况，并用极差分析法得到打印机设置的各个因素的最优参数，减少了FDM打印过程中拉丝的产生，提高了工件打印质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法


[0001]本专利技术涉及打印机参数分析方法，具体涉及一种确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法。

技术介绍

[0002]近年来，3D打印过程的现场监测与控制引起了很多专家学者的广泛关注，特别是是对金属增材制造工艺的监测和控制的研究和综述最多.对于FDM工艺，Rao等人通过异构传感器阵列获取了3D打印机的振动、温度等数据，并采用非参数贝叶斯过程(DP)混合模型和证据理论(ET)方法对数据进行分析，该方法能较好的检测到连续打印过程中的故障问题。Tlegenov等人利用加速度振动传感器，通过测量挤出机的振动幅值，总结出喷嘴堵塞与振动加速度幅值之间的关系.Wu等人利用声发射传感器监测FDM打印过程中挤出机喷头堵塞情况，通过分析采集的信号来区分正常、半阻塞、阻塞和耗尽的物料状态。
[0003]但是，以上研究是对增材制造过程中挤出机喷嘴堵塞、零件翘曲变形、丝材断裂等缺陷进行研究，很少对打印过程中的拉丝缺陷进行监测研究。拉丝，又称渗漏、挂须或起毛，是3D打印最常见的问题之一.拉丝会在模型表面留下许多塑料细丝，是打印机喷头移动至新的位置时，喷嘴里的塑料渗漏出来导致.它也是FDM打印过程中主要的缺陷之一，严重影响零件最后成型质量。拉丝缺陷潘俊锋等人对FDM打印工艺参数进行了研究，通过对模型试验分析，确定了影响模型拉丝缺陷的切片参数有打印温度、回抽距离和回抽速度。没有具体区分各因素影响主次顺序，并且上述研究都是在工件打印完成后再进行分析的，无法实现在打印过程中及时发现打印参数的异常引起的异常打印工况问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，解决现有方法不能及时发现打印参数异常引起的异常打印工况并确定最佳打印参数的问题。
[0005]技术方案：本专利技术所述的确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006](1)对打印机喷头温度、回抽速率、回抽距离和空驶速率进行单因素试验，判断各因素组合下打印机拉丝情况；
[0007](2)采集单因素试验中各因素组合下的打印机振动信号，对振动信号进行时域分析，提取时域特征参数，通过各个因素组合下打印机拉丝情况，确定各时域特征参数对拉丝情况的影响规律；
[0008](3)对打印机喷头温度、回抽速率、回抽距离和空驶速率进行正交试验；
[0009](4)采集正交试验中各因素组合下的打印机振动信号，对振动信号进行时域分析，提取时域特征参数；
[0010](5)以步骤(4)时域特征参数作为评价指标对正交试验的各因素进行极差分析，并依据步骤(2)得到的各时域特征参数对拉丝情况的影响规律得到各因素的最优组合。
[0011]优选的是，所述单因素试验选择4水平单因素试验。
[0012]优选的是，所述单因素试验具体为：保持回抽速率50mm/s、喷头温度190℃、空驶速率50mm/s不变，在回抽距离1、3、6、9、12mm条件下考察拉丝情况；保持回抽距离6mm、喷头温度190℃、空驶速率50mm/s不变，在回抽速率10、30、50、60、80mm条件下考察拉丝情况；保持空驶速率50mm/s、回抽速率50mm、回抽距离6mm不变，在喷头温度190、195、200、205、210℃条件下考察零件的拉丝情况；保持回抽速率50mm/s、喷头温度190℃、回抽距离6mm,在空驶速率10、30、50、60、80mm条件下考察拉丝情况。
[0013]优选的是，所述时域特征参数包括峭度值、峰值因子和脉冲因子。
[0014]峭度值的计算公式如下：
[0015][0016]其中，x
i
为所采集的信号，为信号x
i
平均值，n为所采集信号的取值长度，σ
i
为标准差，i＝1,2,...,n；
[0017]峰值因子的计算公式如下：
[0018][0019]其中，C代表峰度因子，X
P
是所计算信号x
i
的峰值，X
P
＝max{|x
i
|}，X
rms
是所计算信号x
i
的均方根值，
[0020]脉冲因子计算公式如下：
[0021][0022]其中，I是指脉冲因子，X
P
是所计算信号x
i
的峰值，是所求信号的均值。
[0023]所述正交试验以回抽速率、空驶速率、喷头温度和回抽距离四个因素，每个因素选择三个水平进行正交试验。
[0024]所述极差分析为：
[0025]令M
ij
为所研究因素j下的第i个水平，i＝1,2,
…
,n，j＝A,B,C,D，N
ij
为在M
ij
下的评价指标，在M
ij
下进行q1次评价指标N
ijk
，k＝1,2,
…
,T，则有：
[0026][0027]其中，K
ij
为在第j因素第i水平下的评价指标；N
ijk
为所研究的第j个因素在第i水平下第k个试验指标；
[0028]计算各因素平均水平试验指标计算公式为：
[0029][0030]根据的大小判断各因素的优水平和各因素的优水平组合；
[0031]极差R
j
计算公式为：
[0032][0033]根据极差大小判断因素的主次。
[0034]有益效果：本专利技术采用时域分析方法，提取峭度值、峰值因子、脉冲因子三个特征参数作为试验结果的分析评价指标，利用不同因素不同水平下得到的信号特征参数的不同，可以及时确定打印零件的拉丝缺陷情况，并用极差分析法进行正交试验，得到打印机设置的各个因素的最优参数，减少了FDM打印过程中拉丝的产生，提高了工件打印质量。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的流程结构示意图。
[0036]图2为不同因素和水平振动信号时域图；
[0037]图3为不同因素水平与峭度值指标的关系图；
[0038]图4为不同因素水平与峰值因子指标的关系图；
[0039]图5为不同因素水平与脉冲因子指标的关系图；
[0040]图6为不同因素水平与评价指标的关系图。
具体实施方式
[0041]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。
[0042]本实施例中采用三个传感器采集打印机不同位置的振动信号，传感器Ⅰ采集挤出机构电机振动信号，传感器Ⅱ采集X导轨轴振动信号，传感器Ⅲ采集成型底板振动信号。
[0043]峭度值反映了时域信号波形的平陡程度，当曲线波形较“陡”时，其峭度值大于3；当曲线波形较平缓时，其峭度值小于3；当曲线为正态分布时，其峭度值等于3.因此，信号峭度值特征参数可以反应信号的某些特征，特别是对冲击性的反应，其计算公式如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对打印机喷头温度、回抽速率、回抽距离和空驶速率进行单因素试验，判断各因素组合下打印机拉丝情况；(2)采集单因素试验中各因素组合下的打印机振动信号，对振动信号进行时域分析，提取时域特征参数，通过各个因素组合下打印机拉丝情况，确定各时域特征参数对拉丝情况的影响规律；(3)对打印机喷头温度、回抽速率、回抽距离和空驶速率进行正交试验；(4)采集正交试验中各因素组合下的打印机振动信号，对振动信号进行时域分析，提取时域特征参数；(5)以步骤(4)时域特征参数作为评价指标对正交试验的各因素进行极差分析，并依据步骤(2)得到的各时域特征参数对拉丝情况的影响规律得到各因素的最优组合。2.根据权利要求1所述的确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，其特征在于，所述单因素试验选择4水平单因素试验。3.根据权利要求1所述的确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，其特征在于，所述单因素试验具体为：保持回抽速率50mm/s、喷头温度190℃、空驶速率50mm/s不变，在回抽距离1、3、6、9、12mm条件下考察拉丝情况；保持回抽距离6mm、喷头温度190℃、空驶速率50mm/s不变，在回抽速率10、30、50、60、80mm条件下考察拉丝情况；保持空驶速率50mm/s、回抽速率50mm、回抽距离6mm不变，在喷头温度190、195、200、205、210℃条件下考察零件的拉丝情况；保持回抽速率50mm/s、喷头温度190℃、回抽距离6mm,在空驶速率10、30、50、60、80mm条件下考察拉丝情况。4.根据权利要求1所述的确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，其特征在于，所述时域特征参数包括峭度值、峰值因子和脉冲因子。5.根据权利要求4所述的确定FDM型3D打印机最佳打印参数的方法，其特征在于，峭度值的计算公式如下：其中，x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思，白永健，吴锦枫，陈赟，何超帅，苏世杰，张建，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：