[发明专利]一种三维打印过程中动态挂流效应评价方法

说明书

本发明公开了一种三维打印过程中动态挂流效应评价方法，该方法包括如下步骤：确定三维打印参数并根据薄壁零件模型的STL文件打印样件并测量表面粗糙度；使用相同打印参数和STL文件，打印若干层后，按照打印一层材料立即变换平台角度并停留一定时间再恢复平台的水平状态，二者交替进行，打印出试件；测量试件表面粗糙度；根据两次测得的表面粗糙度对动态挂流效应进行评价。本发明通过实验得出动态挂流效应与平台转动的角度、角速度以及从液态材料打印至平台上到平台变换至液态材料处于重力不平衡状态所等待的时间三者的关系，从而对平台姿态可变的三维打印系统的打印参数选取提供依据，使其在避免挂流效应和获得高制造效率之间得到合理平衡。

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种三维打印过程中动态挂流效应评价方法。

背景技术

三维打印是根据三维模型数据，直接通过添加材料的方法，逐层堆积，生成任何形状的三维实体。由于三维打印的整个制造过程中无需模具和机械加工，简化了产品的制造程序，可在一定程度上缩短产品的研发周期，提高效率并降低成本。此外，三维打印具有能制造复杂形状和结构的独特能力，这是熔模铸造等模具生产无法比拟的，并且五轴增材CAM系统可以调整喷头到相对机床坐标系的任意位姿，可以方便平滑的加工复杂自由曲面。目前三维打印在汽车行业中发动机等原型的生产和航空工业中具有很大的应用价值。然而，当前比较成熟的三维打印技术在成型精度和表面粗糙度上都存在先天性缺陷，相对于计算机数控加工(CNC)以及传统加工如铣削加工、车削加工等减材制造而言，三维打印技术短期内无法达到减材制造的质量水平。因此，当前的三维打印技术直接应用也仅限于尺寸精度要求低、无配合要求、不关心表面粗糙度的特定类型零部件。

导致三维打印技术生产的零件尺寸精度和表面粗糙度不高的主要原因是打印过程中的挂流现象。由于材料在高温熔融状态下粘度值低，三维打印过程中喷头附近的液态材料具有很好的流动性，在缺乏重力平衡的区域，极易形成挂流现象。挂流现象的存在不仅对零件表面成形的精度产生影响，严重情况下还会导致结构坍塌，无法完成增材堆积过程。挂流现象以两种形式存在：一是在固定平台上打印时，由于几何形状上固有的悬臂结构造成的挂流，称为静态挂流；二是在变姿态平台打印时，已铺覆的材料在凝固前由于平台姿态改变使其处于重力不平衡状态，从而造成的挂流，称为动态挂流。避免静态挂流可以通过添加辅助支撑结构，如果采用动平台增材制造，还可以通过改变平台姿势的方式来实现流体材料的重力再平衡。动态挂流是平台变姿态干扰下特有的现象，出于避免局部挂流的需要，制造系统的平台姿态需要在打印过程中实时调整，然而已铺覆的液态材料凝固需要一定时间，在此期间平台姿态的变化可能会使未凝固液态材料处于重力不平衡状态，从而形成挂流。

研究动态挂流特性有利于掌握制造过程中平台变化姿态的速度快慢，使其在避免挂流效应和获得高制造效率之间得到合理平衡。目前关于三维打印过程中动态挂流效应评价方法尚无人提出。

发明内容

本发明提供了一种三维打印过程中动态挂流效应评价方法，对平台姿态可变的三维打印系统的打印参数选取提供依据，使其在避免挂流效应和获得高制造效率之间得到合理平衡。

一种三维打印过程中动态挂流效应评价方法，包括以下步骤：

步骤1，使用喷头固定、平台姿态可变的三维打印设备，确定初始参数，使平台处于水平位置，在重力平衡的状态下打印一个薄壁零件作为样件；

步骤2，测量样件除底面外其余面的表面粗糙度；

步骤3，在与步骤1相同的参数条件下，使平台处于水平位置，在重力平衡的状态下打印试件，打印到n层停止，n小于样件的总层数；

步骤4，喷头在已生成试件上打印一层材料等待时间t秒后，平台以角速度ω绕固定轴转动到与水平面成θ角位置等待这层材料凝固；

步骤5，平台恢复到水平位置，喷头继续打印一层材料，并等待这层材料凝固；