一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法技术

本申请公开了一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法，涉及熔融沉积式3D打印技术领域，该方法包括：基于待评估打印参数制作得到若干个单层丝材样品，分别制备预裂纹后进行力学拉伸试验，基于试验得到的拉力位移数据确定待评估打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果。通过本申请设计的强度评估结果和稳定性评估结果，可以有效量化丝材间熔融粘结的状态，建立打印参数与熔融沉积成型材料性能之间的相互联系，从而更好的评估打印参数，有效提高成型材料的力学性能；且本申请设计的对称分布的两条预裂纹，可以有效避免夹持端应力集中导致待测试样品提前失效，提高了试验结果的可靠性。了试验结果的可靠性。了试验结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法


[0001]本申请涉及熔融沉积式3D打印
，尤其是一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法。

技术介绍

[0002]基于熔融沉积概念的3D打印成型方法是增材制造技术中的一个重要分支，为实现复杂构件的高效制造提供了一条技术路径。在熔融沉积工艺中，丝状的热熔性材料被加热熔化，并通过一个微细的喷头被挤喷出来；根据零件的分层截面信息，喷头能按照一定的路径，在工作台上逐层沉积材料，无需模具即可实现复杂三维构件的制造。
[0003]然而，因技术层面的问题，现有3D打印样件成型精度低，并且在打印过程中存在容易产生气孔缺陷、丝材间粘结强度低等问题。其主要原因为，在熔融沉积过程中预设的打印参数不合理，使得喷挤出来的丝材未能充分地相互熔融粘结，丝材间的粘结强度和稳定性都较差，使得成型材料内部产生微观缺陷，最终导致材料成型尺寸稳定性及力学性能下降。
[0004]但是打印参数对熔融沉积成型材料性能的影响机理较为复杂，目前并没有合适的方法可以建立打印参数与熔融沉积成型丝材间粘结状态之间的相互联系，因此只能依靠人工经验来调节并选取打印参数，就容易导致熔融沉积成型材料性能不理想。

技术实现思路

[0005]本申请人针对上述提出的现有技术无法建立打印参数与熔融沉积成型材料性能之间相互联系的技术问题及技术需求，提出了一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法，本申请的技术方案如下：
[0006]基于待评估打印参数打印并制作得到若干个相同预设尺寸的单层丝材样品，单层丝材样品包括在xy平面上沿着x方向平行排列且熔融粘结在一起的多根单层丝材，每根单层丝材的长度方向沿着y方向延伸。
[0007]对于每个单层丝材样品，在单层丝材样品的其中两根熔融粘结在一起的目标单层丝材之间制备两条预裂纹得到待测试样品，两条预裂纹分别从单层丝材的两端处沿着y方向延伸，且两条预裂纹的长度相等，两根目标单层丝材位于两条预裂纹之间的有效丝材粘结区域保持熔融粘结；制备得到的各个待测试样品的有效丝材粘结区域沿着y方向的有效丝材粘结长度L不同。
[0008]对每个待测试样品施加沿着x方向朝向两侧的拉力进行力学拉伸测试并分别获取各个待测试样品的拉力位移数据。
[0009]基于各个待测试样品的拉力位移数据确定待评估打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果；强度评估结果反映按照待评估打印参数打印得到的熔融沉积成型材料的强度；稳定性评估结果反映按照待评估打印参数打印得到的熔融沉积成型材料的稳定性。
[0010]其进一步的技术方案为，制作得到若干个相同预设尺寸的单层丝材样品，包括：
[0011]基于预设的打印参数打印得到单层膜状材料，单层膜状材料包括沿着x方向平行排列且熔融粘结在一起的多根单层丝材，每根单层丝材的长度方向沿着y方向延伸。
[0012]对每个单层膜状材料进行切割，得到若干个相同预设尺寸的单层丝材样品，单层丝材样品的边缘与对应的单层膜状材料的边缘的距离大于设定距离阈值。
[0013]其进一步的技术方案为，对每个待测试样品施加沿着x方向朝向两侧的拉力进行力学拉伸测试并分别获取各个待测试样品的拉力位移数据，包括对于每个待测试样品：
[0014]按照预定拉力大小和拉伸速度，以准静态方式对待测试样品施加沿着x方向朝向两侧的拉力，直至待测试样品中的两根目标单层丝材保持熔融粘结的有效丝材粘结区域完全分开。
[0015]其进一步的技术方案为，基于各个待测试样品的拉力位移数据确定待评估打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果，包括：
[0016]基于各个待测试样品垂直于xy平面的厚度T、有效丝材粘结长度L和拉力位移数据，得到待测试样品的比总断裂功与有效丝材粘结长度的拟合直线，比总断裂功表示待测试样品从初始状态拉伸至断裂状态过程中单位面积吸收的能量。
[0017]以拟合曲线在有效丝材粘结长度为0时的比总断裂功的取值作为待评估打印参数对应的强度评估结果，以拟合直线的确定性系数的取值作为待评估打印参数对应的稳定性评估结果。
[0018]其进一步的技术方案为，拟合直线的确定性系数的计算公式为：
[0019][0020]其中，n为待测试样品数量，L
i
为第i个待测试样品的有效丝材粘结长度，为有效丝材粘结长度的平均值，S
L
为有效丝材粘结长度的标准差，w
fi
为第i个待测试样品在力学拉伸测试中吸收的比总断裂功，为比总断裂功的平均值，为比总断裂功的标准差。
[0021]其进一步的技术方案为，得到待测试样品的比总断裂功与有效丝材粘结长度的拟合直线，包括：
[0022]基于每个待测试样品的厚度、有效丝材粘结长度和拉力位移数据，计算得到待测试样品在每次力学拉伸测试中吸收的比总断裂功。
[0023]绘制比总断裂功与有效丝材粘结长度的散点图，散点图中的每一个离散点表示一次力学拉伸测试对应的待测试样品的比总断裂功和有效丝材粘结长度。
[0024]对散点图拟合得到比总断裂功与有效丝材粘结长度的拟合直线。
[0025]其进一步的技术方案为，计算得到待测试样品在每次力学拉伸测试中吸收的比总断裂功，包括：
[0026]根据待测试样品的拉力位移数据计算待测试样品在力学拉伸测试中吸收的总断裂功P为拉力，δ为待测试样品的位移，dδ为待测试样品的单位位移，δ
C
为待测试样品断裂时对应的最大位移。
[0027]计算待测试样品在每次力学拉伸测试中吸收的比总断裂功
[0028]其进一步的技术方案为，每组打印参数包括若干类参数指标，打印参数评估方法还包括：
[0029]设计若干组打印参数并分别确定每组打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果。
[0030]基于各组打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果，确定每类参数指标对熔融沉积成型材料强度和稳定性的影响。
[0031]其进一步的技术方案为，待测试样品满足：其中，W为待测试样品沿y方向的尺寸，H为待测试样品沿x方向的尺寸；其中，L为有效丝材粘结区域沿着y方向的长度。
[0032]其进一步的技术方案为，待测试样品满足：其中，L为有效丝材粘结区域沿着y方向的长度，T为待测试样品垂直于xy平面的厚度。
[0033]本申请的有益技术效果是：
[0034]本申请公开了一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法，该打印参数评估方法基于待评估打印参数制作得到单层丝材样品，制备预裂纹后进行力学拉伸试验，基于试验得到的拉力位移数据确定待评估打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果。通过本申请设计的强度评估结果和稳定性评估结果，可以有效量化丝材间熔融粘结的状态，建立打印参数与熔融沉积成型材料性能之间的相互联系，从而更好的评估打印参数，有效提高成型材料的力学性能。
[0035]本申请制备的待测试样品为包含双边预裂纹的单层丝材样品，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑对丝材间熔融粘结产生影响的打印参数评估方法，其特征在于，所述打印参数评估方法包括：基于待评估打印参数打印并制作得到若干个相同预设尺寸的单层丝材样品，所述单层丝材样品包括在xy平面上沿着x方向平行排列且熔融粘结在一起的多根单层丝材，每根单层丝材的长度方向沿着y方向延伸；对于每个单层丝材样品，在所述单层丝材样品的其中两根熔融粘结在一起的目标单层丝材之间制备两条预裂纹得到待测试样品，两条预裂纹分别从单层丝材的两端处沿着y方向延伸，且两条预裂纹的长度相等，两根目标单层丝材位于两条预裂纹之间的有效丝材粘结区域保持熔融粘结；制备得到的各个待测试样品的有效丝材粘结区域沿着y方向的有效丝材粘结长度L不同；对每个待测试样品施加沿着x方向朝向两侧的拉力进行力学拉伸测试并分别获取各个待测试样品的拉力位移数据；基于各个待测试样品的拉力位移数据确定所述待评估打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果；所述强度评估结果反映按照所述待评估打印参数打印得到的熔融沉积成型材料的强度；所述稳定性评估结果反映按照所述待评估打印参数打印得到的熔融沉积成型材料的稳定性。2.根据权利要求1所述的打印参数评估方法，其特征在于，所述制作得到若干个相同预设尺寸的单层丝材样品，包括：基于预设的打印参数打印得到单层膜状材料，单层膜状材料包括沿着x方向平行排列且熔融粘结在一起的多根单层丝材，每根单层丝材的长度方向沿着y方向延伸；对所述单层膜状材料进行切割，得到若干个相同预设尺寸的单层丝材样品，所述单层丝材样品的边缘与对应的单层膜状材料的边缘的距离大于设定距离阈值。3.根据权利要求1所述的打印参数评估方法，其特征在于，所述对每个待测试样品施加沿着x方向朝向两侧的拉力进行力学拉伸测试并分别获取各个待测试样品的拉力位移数据，包括对于每个待测试样品：按照预定拉力大小和拉伸速度，以准静态方式对所述待测试样品施加沿着x方向朝向两侧的拉力，直至所述待测试样品中的两根目标单层丝材保持熔融粘结的有效丝材粘结区域完全分开。4.根据权利要求1所述的打印参数评估方法，其特征在于，所述基于各个待测试样品的拉力位移数据确定所述待评估打印参数对应的强度评估结果和稳定性评估结果，包括：基于各个待测试样品垂直于xy平面的厚度T、有效丝材粘结长度L和拉力位移数据，得到待测试样品的比总断裂功与有效丝材粘结长度的拟合直线，比总断裂功表示待测试样品从初始状态拉伸至断裂状态过程中单位面积吸收的能量；以所述拟合曲线在有...

【专利技术属性】
技术研发人员：何庆浩，孙沂琳，赵影影，艾米诺弗瑞达宾蒂阿米尔，
申请(专利权)人：江苏集萃复合材料装备研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：