3D制造技术

本发明专利技术的

【技术实现步骤摘要】
3D打印过程中打印结构密度的监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及
3D
打印
，特别涉及一种
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统及方法
。

技术介绍

[0002]在构件的
3D
打印成型过程中，打印结构的实际密度与设计密度不可避免地存在偏差，若两者差异较大，将直接影响打印结构的强度及使用安全性，因此，在打印成型过程中监测打印结构的密度十分重要
。
[0003]由于
3D
打印是复杂的动态成型过程，后打印层结构的自重会引起已打印层结构发生变形，但目前尚缺乏针对打印结构密度的有效的监测手段
。
为了确保
3D
打印成型过程的安全性，以及打印成型结构的强度和质量，有必要研发一种
3D
打印成型过程中打印结构密度的监测设备及方法
。

技术实现思路

[0004]针对目前缺乏
3D
打印成型过程中打印结构密度的监测设备及方法的问题，本专利技术的目的是提供一种
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统及方法
。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统，它包括称重装置
、
三维扫描仪，及分别与两者信号连接的计算机，称重装置用于测量打印结构的质量，三维扫描仪用于测量打印结构的体积，计算机用于根据获取的数据计算得出打印结构的相对密度；其中，称重装置布设于打印结构下方，它包括承台
、
称重传感器
、
自动调平基座和采集仪，承台用于支撑打印结构，承台底部均匀布设至少三个称重传感器，采集仪分别与至少三个称重传感器信号连接，采集仪
、
自动调平基座及三维扫描仪均与计算机信号连接
。
[0006]本专利技术的
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统，包括称重装置
、
三维扫描仪和计算机，称重装置的承台用于支撑打印结构，承台底部均布至少三个称重传感器，用于测量打印结构的质量；称重装置测量当前成型的打印结构的质量，三维扫描仪测量当前成型的打印结构的体积，计算机根据质量和体积数据计算得出当前成型的打印结构的相对密度，并判断打印结构的强度和质量是否满足施工要求；在有构件的
3D
打印成型过程中，利用该监测设备能够逐层实时
、
定量测量出打印结构的质量和体积，通过计算打印结构的相对密度作为判断其强度和质量的依据，有利于
3D
打印施工的质量控制和安全建造
。
[0007]进一步，所述称重装置的每个称重传感器底部均连接一个自动调平基座
。
[0008]进一步，所述称重装置的承台由透明玻璃制成
。
[0009]另外，本专利技术还提供了一种
3D
打印过程中打印结构密度的监测方法，步骤如下：
[0010]S1:
在称重装置的承台上打印第一层结构
L1,
称重传感器测量成型后的第一层结构
L1的质量为
m1，三维扫描仪扫描测量成型后的第一层结构
L1的体积为
V1,
计算第一层结构
L1的相对密度
I1；
[0011]S2:
当所述步骤
S1
计算得出成型后的第一层结构
L1的相对密度
I1满足施工要求时，在第一层结构
L1上打印第二层结构
L2，称重传感器测量成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的质量为
m2，三维扫描仪扫描测量成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的体积为
V2,
计算第一层结构
L1和第二层结构
L2的相对密度
I2；
[0012]S3:
当所述步骤
S2
计算得出成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的相对密度
I2满足施工要求时，在第二层结构
L2上依次逐层打印第三层结构
L3，
…
,
第
N
层结构
L
N
，依次测量第一层结构
L1至第三层结构
L3的质量为
m3,
…
,
第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的质量为
m
N
，依次测量第一层结构
L1至第三层结构
L3的体积为
V3,
…
,
第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的体积为
V
N
，分别计算出第一层结构
L1至第三层结构
L3的相对密度
I3,
…
,
第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的相对密度
I
N
，依据相对密度
I
N
判断打印结构是否满足施工要求，
N
为自然数
。
[0013]本专利技术的
3D
打印过程中打印结构密度的监测方法，首先，在承台上打印第一层结构
L1,
分别测量成型后的第一层结构
L1的质量和体积，计算第一层结构
L1的相对密度
I1，然后，在第一层结构
L1上打印第二层结构
L2，分别测量成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的质量和体积，计算第一层结构
L1和第二层结构
L2的相对密度
I2，如此反复，在第二层结构
L2上依次逐层打印至第
N
层结构
L
N
，分别测量成型后的第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的质量和体积，并分别计算出第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的相对密度
I
N
，依据相对密度
I
N
判断打印结构是否满足施工要求，该监测方法实现了构件
3D
打印成型过程中打印结构相对密度的快速
、
定量监测，步骤操作简单，且监测精度高
。
[0014]进一步，所述步骤
S1
包括如下步骤：
[0015]S101:
将称重装置的承台布设于
3D
打印设备的打印作业范围内，三维扫描仪，以及称重装置的自动调平基座和采集仪分别与计算机信号连接，通过自动调平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统，其特征在于：它包括称重装置
、
三维扫描仪，及分别与两者信号连接的计算机，称重装置用于测量打印结构的质量，三维扫描仪用于测量打印结构的体积，计算机用于根据获取的数据计算得出打印结构的相对密度；其中，称重装置布设于打印结构下方，它包括承台
、
称重传感器
、
自动调平基座和采集仪，承台用于支撑打印结构，承台底部均匀布设至少三个称重传感器，采集仪分别与至少三个称重传感器信号连接，采集仪
、
自动调平基座及三维扫描仪均与计算机信号连接
。2.
根据权利要求1所述的
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统，其特征在于：所述称重装置的每个称重传感器底部均连接一个自动调平基座
。3.
根据权利要求1所述的
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统，其特征在于：所述称重装置的承台由透明玻璃制成
。4.
一种
3D
打印过程中打印结构密度的监测方法，采用如权利要求1至3任一项所述的
3D
打印过程中打印结构密度的监测系统，其特征在于，步骤如下：
S1:
在称重装置的承台上打印第一层结构
L1,
称重传感器测量成型后的第一层结构
L1的质量为
m1，三维扫描仪扫描测量成型后的第一层结构
L1的体积为
V1,
计算第一层结构
L1的相对密度
I1；
S2:
当所述步骤
S1
计算得出成型后的第一层结构
L1的相对密度
I1满足施工要求时，在第一层结构
L1上打印第二层结构
L2，称重传感器测量成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的质量为
m2，三维扫描仪扫描测量成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的体积为
V2,
计算第一层结构
L1和第二层结构
L2的相对密度
I2；
S3:
当所述步骤
S2
计算得出成型后的第一层结构
L1和第二层结构
L2的相对密度
I2满足施工要求时，在第二层结构
L2上依次逐层打印第三层结构
L3，
…
,
第
N
层结构
L
N
，依次测量第一层结构
L1至第三层结构
L3的质量为
m3,
…
,
第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的质量为
m
N
，依次测量第一层结构
L1至第三层结构
L3的体积为
V3,
…
,
第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的体积为
V
N
，分别计算出第一层结构
L1至第三层结构
L3的相对密度
I3,
…
,
第一层结构
L1至第
N
层结构
L
N
的相对密度
I
N
，依据相对密度
I
N
判断打印结构是否满足施工要求，
N
为自然数
。5.
根据权利要求4所述的
3D
打印过程中打印结构密度的监测方法，其特征在于，所述步骤
S1
包括如下步骤：
S101:
将称重装置的承台布设于
3D
打印设备的打印作业范围内，三维扫描仪，以及称重装置的自动调平基座和采集仪分别与计算机信号连接，通过自动调平基座调平承台；
S102
：调节
3D
打印设备的打印参数和材料，启动
3D
打印设备并在承台上实施第一层结构
L1的打印作业，第一层结构
L1成型后，称重装置测得第一层结构
L1的质量为
m1，暂停打印作业，三维扫描仪扫描测量第一层结构
L1得到第一层结构
L1的点云模型，并将点云模型转化为三维模型，将第一层结构
L1底部进行平面化处理，得到第一层结构
L1的体积为
V1；
S103:
根据式
(1)
计算第一层结构
L1的相对密度
I1，如下；其中：
ρ
s
为打印结构的设计密度；
m1为第一层结构
L1的质量；
V1为第一层结构
L1的体积；
S104:
根据式
(2)
判断相对密度
I1的合理性，若相对密度
I1满足式
(2)
，则第一层结构
L1的质量满足施工要求，若相对密度
I1不满足式
(2)
，调节
3D
打印设备的打印参数和材料，重新打印第一层结构
L1；
a≤I1≤b (2)
其中：
a、b
分别为第一层结构
L1的相对密度
I1允许最小值和最大值，且
a≥0
，
b≤1。6.
根据权利要求4所述的
3D
打印过程中打印结构密度的监测方法，其特征在于，所述步骤
S2
包括如下步骤：
S201:
在第一层结构
L1上继续打印第二层结构
L2，当第...

【专利技术属性】
技术研发人员：左自波，黄玉林，张龙龙，杜晓燕，潘曦，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：