一種增材制造設備或工藝性能的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及增材制造技術領域，具體是一種增材制造設備或工藝性能的測量方法。
【背景技術】
[0002]增材制造技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，它不需要傳統的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺設備上可快速精密地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現零件的“自由制造”，解決了許多復雜結構零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期，尤其適用于小批量、復雜結構件的生產制造;然而增材制造的廣泛應用仍受幾何精度、表面完整性，材料屬性、加工速度和標準的限制。在制造領域中，有兩種主要的方法被用于檢測一種設備的工藝性能:(I)通過一系列的設備和工藝變量進行直接測量；(2)通過制造測試工件進行測量;第一種方式通常需要將測量傳感儀器定位或安裝在設備對應位置如軸上，存在安裝非常困難或該組件為安全考慮會防止用戶使用測量儀器如高功率激光器的問題，因此有一定的局限性；而第二種方式，由于各種設備或工藝的測試工件獨特性，進行全面、標準化地定量評估或橫向比較，難以確定誤差源；目前尚沒有一種標準化的針對增材制造設備或工藝性能的評估方法。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種能克服現有檢測方法不足之處，實現對增材制造新設備、新工藝的定量評估或是進行設備或工藝件的橫向比較的增材制造設備或工藝性能的測量方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種增材制造設備或工藝性能的測量方法，包括如下步驟:
1)使用待評估的增材制造設備或工藝制造出標準測試工件；
2)對步驟I中標準測試工件的幾何特征進行機械屬性測量，通過統計、數學優化作出性能評估。
[0005]作為本發明進一步的方案:所述標準測試工件，包括設置在其上表面中心的中心筒、沿中心筒向其四角散射狀設置的四組定位銷和設置在四個角上的四個定位孔；四組定位銷將上表面分隔成四個區域，其中三個區域分別設置有斜坡、階梯槽和階梯凹臺，另一個區域內設置有凹槽曲面、薄壁曲面、多個不同直徑的孔和銷;所述標準測試工件的其中一個側邊緣上等間隔設置有橫向菱形槽、縱向菱形槽、正菱形槽、正方形槽和圓形槽。
[0006]作為本發明再進一步的方案:所述薄壁曲面的厚度<0.25mm。
[0007]作為本發明再進一步的方案:所述孔和銷，采用聚合物基或金屬基制備，聚合物基的直徑< 0.2mm，金屬基的直徑< 0.5mm。
[0008]作為本發明再進一步的方案:步驟2中所述的幾何特征，包括平行度、平行或垂直特性、圓或圓弧特性、同心圓或弧、細微特征、3D或自由的特性、孔或板、多面板、定位和方向、反射鏡定位軸的幾何誤差以及平臺的幾何誤差。
[0009]與現有技術相比，本發明的有益效果是:(I)能定量地評估增材制造設備或工藝的性能，也可對不同設備或工藝性能進行橫向比較；(3)根據標準測試工件上幾何參數的變化，可以測試出設備或工藝中的極限和部分誤差源；(3)不需要在原增材設備上安裝特定檢測或傳感儀器，使用方法簡單方便，成本低，適用于大規模的推廣應用。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明中測試工件的立體結構示意圖。
[0011 ]其中，1-凹槽曲面;2-孔;3-薄壁曲面;4-銷;5-定位銷;6-中心筒;7_斜坡;8-定位孔;9-階梯槽;10-邊緣；11-橫向菱形槽;12-縱向菱形槽;13-正菱形槽;14-正方形槽;15-圓形槽;16-階梯凸臺；17-中心孔。
【具體實施方式】
[0012]下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0013]請參閱圖1，一種增材制造設備或工藝性能的測量方法，包括如下步驟:
1)使用待評估的增材制造設備或工藝制造出標準測試工件；
2)對步驟I中標準測試工件的幾何特征進行機械屬性測量，通過統計、數學優化作出性能評估。
[0014]所述標準測試工件，包括設置在其上表面中心的中心筒6、沿中心筒6向其四角散射狀設置的四組定位銷5和設置在四個角上的四個定位孔8;四組定位銷5將上表面分隔成四個區域，其中三個區域分別設置有斜坡7、階梯槽9和階梯凹臺16，另一個區域內設置有凹槽曲面1、薄壁曲面3、多個不同直徑的孔2和銷4;所述標準測試工件的其中一個側邊緣10上等間隔設置有橫向菱形槽11、縱向菱形槽12、正菱形槽13、正方形槽14和圓形槽15。
[0015]所述薄壁曲面3的厚度<0.25mm;所述孔2和銷4，采用聚合物基或金屬基制備，聚合物基的直徑< 0.2mm，金屬基的直徑< 0.5_。
[0016]步驟2中所述的幾何特征，包括平行度、平行或垂直特性、圓或圓弧特性、同心圓或弧、細微特征、3D或自由的特性、孔或板、多面板、定位和方向、反射鏡定位軸的幾何誤差、平臺的幾何誤差以及表面粗糙度等機械屬性。
[0017]測量結果中銷4和孔2的數據使用最小二乘擬合來確定所述光束偏移和縮放值;通過測量結果比對平均值確定該種設備或工藝的制造性能，同時可以按照誤差值優化工藝參數，從而改進工藝。
[0018]實施例1
使用本發明的增材制造設備或工藝性能的測量方法，分別對兩臺3D打印設備、兩種工藝方法、兩種不同材料的打印性能進行測試。
[0019]聚合物材料通過光固化成型打印測試工件大約使用了I個小時；
不銹鋼材料通過DMLS大約使用了 20個小時；
另外，通過測量測試工件幾何尺寸，使用最小二乘擬合來確定了光束的偏移量和縮放值，確定了原工藝參數的誤差，從而可以改進工藝過程。
[0020]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.一種增材制造設備或工藝性能的測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)使用待評估的增材制造設備或工藝制造出標準測試工件； 2)對步驟I中標準測試工件的幾何特征進行機械屬性測量，通過統計、數學優化作出性能評估。2.根據權利要求1所述的增材制造設備或工藝性能的測量方法，其特征在于，所述標準測試工件，包括設置在其上表面中心的中心筒(6)、沿中心筒(6)向其四角散射狀設置的四組定位銷(5)和設置在四個角上的四個定位孔(8);四組定位銷(5)將上表面分隔成四個區域，其中三個區域分別設置有斜坡(7)、階梯槽(9)和階梯凹臺(16)，另一個區域內設置有凹槽曲面(I)、薄壁曲面(3)、多個不同直徑的孔(2)和銷(4);所述標準測試工件的其中一個側邊緣(10)上等間隔設置有橫向菱形槽(11)、縱向菱形槽(12)、正菱形槽(13)、正方形槽(14)和圓形槽(15)。3.根據權利要求2所述的增材制造設備或工藝性能的測量方法，其特征在于，所述薄壁曲面(3)的厚度<0.25mmo4.根據權利要求2所述的增材制造設備或工藝性能的測量方法，其特征在于，所述孔(2 )和銷(4)，采用聚合物基或金屬基制備，聚合物基的直徑< 0.2mm，金屬基的直徑<0.5mmο5.根據權利要求1所述的增材制造設備或工藝性能的測量方法，其特征在于，步驟2中所述的幾何特征，包括平行度、平行或垂直特性、圓或圓弧特性、同心圓或弧、細微特征、3D或自由的特性、孔或板、多面板、定位和方向、反射鏡定位軸的幾何誤差以及平臺的幾何誤差。
【專利摘要】本發明公開了一種增材制造設備或工藝性能的測量方法，通過使用待評估的增材制造設備或工藝制造出標準測試工件；通過標準測試工件的幾何特征進行機械屬性測量，通過統計、數學優化作出性能評估；所述標準測試工件包括設置在其上表面中心的中心筒、四組定位銷和定位孔；設置在四組定位銷之間的斜坡、階梯槽、階梯凹臺、凹槽曲面、薄壁曲面、多個不同直徑的孔和銷；所述標準測試工件的其中一個側邊緣上等間隔設置有橫向菱形槽、縱向菱形槽、正菱形槽、正方形槽和圓形槽；本發明能確定增材制造設備或工藝的制造能力極限，并能識別和量化部分誤差源；使用方法簡單，成本低，不受測量設備的限制，通用性好，能適用于多種增材制造設備或工藝。
【IPC分類】G01D21/00
【公開號】CN105571629
【申請號】CN201510939199
【發明人】朱錕鵬, 蔣一莉, 葉冬森, 施云高, 陳紅
【申請人】中國科學院合肥物質科學研究院, 常州先進制造技術研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月15日