CN105571629B - 一种增材制造设备或工艺性能的测量方法 - Google Patents

一种增材制造设备或工艺性能的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增材制造设备或工艺性能的测量方法，通过使用待评估的增材制造设备或工艺制造出标准测试工件；通过标准测试工件的几何特征进行机械属性测量，通过统计、数学优化作出性能评估；所述标准测试工件包括设置在其上表面中心的中心筒、四组定位销和定位孔；设置在四组定位销之间的斜坡、阶梯槽、阶梯凹台、凹槽曲面、薄壁曲面、多个不同直径的孔和销；所述标准测试工件的其中一个侧边缘上等间隔设置有横向菱形槽、纵向菱形槽、正菱形槽、正方形槽和圆形槽；本发明能确定增材制造设备或工艺的制造能力极限，并能识别和量化部分误差源；使用方法简单，成本低，不受测量设备的限制，通用性好，能适用于多种增材制造设备或工艺。

Description

一种增材制造设备或工艺性能的测量方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体是一种增材制造设备或工艺性能的测量方法。
背景技术
增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，它不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现零件的“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，尤其适用于小批量、复杂结构件的生产制造；然而增材制造的广泛应用仍受几何精度、表面完整性，材料属性、加工速度和标准的限制。在制造领域中，有两种主要的方法被用于检测一种设备的工艺性能：（1）通过一系列的设备和工艺变量进行直接测量；（2）通过制造测试工件进行测量；第一种方式通常需要将测量传感仪器定位或安装在设备对应位置如轴上，存在安装非常困难或该组件为安全考虑会防止用户使用测量仪器如高功率激光器的问题，因此有一定的局限性；而第二种方式，由于各种设备或工艺的测试工件独特性，进行全面、标准化地定量评估或横向比较，难以确定误差源；目前尚没有一种标准化的针对增材制造设备或工艺性能的评估方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服现有检测方法不足之处，实现对增材制造新设备、新工艺的定量评估或是进行设备或工艺件的横向比较的增材制造设备或工艺性能的测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种增材制造设备或工艺性能的测量方法，包括如下步骤：
1）使用待评估的增材制造设备或工艺制造出标准测试工件；
2）对步骤1中标准测试工件的几何特征进行机械属性测量，通过统计、数学优化作出性能评估。
作为本发明进一步的方案：所述标准测试工件，包括设置在其上表面中心的中心筒、沿中心筒向其四角散射状设置的四组定位销和设置在四个角上的四个定位孔；四组定位销将上表面分隔成四个区域，其中三个区域分别设置有斜坡、阶梯槽和阶梯凹台，另一个区域内设置有凹槽曲面、薄壁曲面、多个不同直径的孔和销；所述标准测试工件的其中一个侧边缘上等间隔设置有横向菱形槽、纵向菱形槽、正菱形槽、正方形槽和圆形槽。
作为本发明再进一步的方案：所述薄壁曲面的厚度≤0.25mm。
作为本发明再进一步的方案：所述孔和销，采用聚合物基或金属基制备，聚合物基的直径≤0.2mm，金属基的直径≤0.5mm。
作为本发明再进一步的方案：步骤2中所述的几何特征，包括平行度、平行或垂直特性、圆或圆弧特性、同心圆或弧、细微特征、3D或自由的特性、孔或板、多面板、定位和方向、反射镜定位轴的几何误差以及平台的几何误差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）能定量地评估增材制造设备或工艺的性能，也可对不同设备或工艺性能进行横向比较；（3）根据标准测试工件上几何参数的变化，可以测试出设备或工艺中的极限和部分误差源；（3）不需要在原增材设备上安装特定检测或传感仪器，使用方法简单方便，成本低，适用于大规模的推广应用。
附图说明
图1为本发明中测试工件的立体结构示意图。
其中，1-凹槽曲面；2-孔；3-薄壁曲面；4-销；5-定位销；6-中心筒；7-斜坡；8-定位孔；9-阶梯槽；10-边缘；11-横向菱形槽；12-纵向菱形槽；13-正菱形槽；14-正方形槽；15-圆形槽；16-阶梯凸台；17-中心孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种增材制造设备或工艺性能的测量方法，包括如下步骤：
1）使用待评估的增材制造设备或工艺制造出标准测试工件；
2）对步骤1中标准测试工件的几何特征进行机械属性测量，通过统计、数学优化作出性能评估。
所述标准测试工件，包括设置在其上表面中心的中心筒6、沿中心筒6向其四角散射状设置的四组定位销5和设置在四个角上的四个定位孔8；四组定位销5将上表面分隔成四个区域，其中三个区域分别设置有斜坡7、阶梯槽9和阶梯凹台16，另一个区域内设置有凹槽曲面1、薄壁曲面3、多个不同直径的孔2和销4；所述标准测试工件的其中一个侧边缘10上等间隔设置有横向菱形槽11、纵向菱形槽12、正菱形槽13、正方形槽14和圆形槽15。
所述薄壁曲面3的厚度≤0.25mm；所述孔2和销4，采用聚合物基或金属基制备，聚合物基的直径≤0.2mm，金属基的直径≤0.5mm。
步骤2中所述的几何特征，包括平行度、平行或垂直特性、圆或圆弧特性、同心圆或弧、细微特征、3D或自由的特性、孔或板、多面板、定位和方向、反射镜定位轴的几何误差、平台的几何误差以及表面粗糙度等机械属性。
测量结果中销4和孔2的数据使用最小二乘拟合来确定所述光束偏移和缩放值；通过测量结果比对平均值确定该种设备或工艺的制造性能，同时可以按照误差值优化工艺参数，从而改进工艺。
实施例1
使用本发明的增材制造设备或工艺性能的测量方法，分别对两台3D打印设备、两种工艺方法、两种不同材料的打印性能进行测试。
聚合物材料通过光固化成型打印测试工件大约使用了1个小时；
不锈钢材料通过DMLS大约使用了20个小时；
另外，通过测量测试工件几何尺寸，使用最小二乘拟合来确定了光束的偏移量和缩放值，确定了原工艺参数的误差，从而可以改进工艺过程。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种增材制造设备或工艺性能的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)使用待评估的增材制造设备或工艺制造出标准测试工件；所述标准测试工件，包括设置在其上表面中心的中心筒(6)、沿中心筒(6)向其四角散射状设置的四组定位销(5)和设置在四个角上的四个定位孔(8)；四组定位销(5)将上表面分隔成四个区域，其中三个区域分别设置有斜坡(7)、阶梯槽(9)和阶梯凹台(16)，另一个区域内设置有凹槽曲面(1)、薄壁曲面(3)、多个不同直径的孔(2)和销(4)；所述标准测试工件的其中一个侧边缘(10)上等间隔设置有横向菱形槽(11)、纵向菱形槽(12)、正菱形槽(13)、正方形槽(14)和圆形槽(15)；
2)对步骤1中标准测试工件的几何特征进行机械属性测量，通过统计、数学优化作出性能评估，所述的几何特征，包括平行度、平行或垂直特性、圆或圆弧特性、同心圆或弧、细微特征、3D或自由的特性、孔或板、多面板、定位和方向、反射镜定位轴的几何误差以及平台的几何误差。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备或工艺性能的测量方法，其特征在于，所述薄壁曲面(3)的厚度≤0.25mm。
3.根据权利要求1所述的增材制造设备或工艺性能的测量方法，其特征在于，所述孔(2)和销(4)，采用聚合物基或金属基制备，聚合物基的直径≤0.2mm，金属基的直径≤0.5mm。
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