一种3D打印智能底板

一种3d打印智能底板
技术领域
1.本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种3d打印智能底板技术。


背景技术：

2.金属3d打印过程中，由于加工区域温度甚至高达2000℃以上，在工件中存在巨大的温差以及相应的热应力积累，当应力积累达到一定的程度后，会产生破坏性的应力释放(包括晶格错位、脱层、断裂、表面撕裂等)，从而产生声发射现象。在应力发展的过程中，总对应着相应的应变，因此通过对应变的监测可以有效推断出应力的变化情况，在极端情况下(发生声发射)，也可以通过对声场的监控实现对声发射位置的有效监控。因此，发展一种能对应力应变进行监控的金属3d打印底板是非常具有应用价值的。
3.智能底板是利用压电复合换能器技术，对金属3d打印底板进行了智能化升级，利用复合换能器结构，对底板不同位置的应力应变进行分布式监控，从而实现对产品内部应力积累情况的检测，并通过声发射监测和分析，完成缺陷位置的判断。
4.目前的相关技术，主要关注的是底板的机械性能特性以及物理特性，没有把底板发展成为具有探测功能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对目前背板只作为结构支撑和材料生长底板的现状，提出一种结合了探测感知能力的振动/声传感阵列，实现了对金属3d打印过程的熔池光声信号检测和金属件缺陷声发射探测，为金属3d打印光声、声发射在线监测提供了技术基础。
6.本发明采用的技术方案为：
7.一种3d打印智能底板，其特征在于，包括智能底板上端盖1、应变放大缝2、压电传感器3、信号传输线4、压电信号处理电路6、信号输出端子7、智能底板下端盖8、声激励源9、信号连接线10、激励驱动连接线11；所述智能底板上端盖1和智能底板下端盖8连接，在智能底板上端盖1和智能底板下端盖8之间形成封闭的绝缘空隙5；所述应变放大缝2呈纵横交错分布在智能底板上端盖1靠近智能底板下端盖8一面，且应变放大缝2的垂直高度小于智能底板上端盖1的垂直高度；所述压电传感器3设置在每一行和每一列应变放大缝2的交汇点，形成传感器阵列，且压电传感器3与智能底板上端盖1接触的一面为信号地，压电传感器3暴露于绝缘空隙5的面为信号输出极；所述压电信号处理电路6设置在智能底板下端盖8形成绝缘空隙5的一面的表面，压电信号处理电路6通过信号传输线4与压电传感器3 连接，压电信号处理电路6用于接收压电传感器3输出的信号，并将处理后的信号通过信号连接线10传递到信号输出端子7；所述信号输出端子7嵌入设置在智能底板下端盖8表面，实现信号的对外输出；在智能底板下端盖8的内底面，还设置有声激励源9，声激励源9通过激励驱动连接线11与压电信号处理电路6连接，所述声激励源9为激励声信号发射源，在压电信号处理电路6的驱动下实现单频音频的发射功能。
8.本发明采用开缝结构放大应变量；利用压电材料压电性能与应力的关系，通过主
动单频声激励检测方法，实现对应力应变状态的高灵敏监测；传感器阵列实现对应力应变分布空间分辨。可以实现对3d打印过程的工件应变监测及声发射缺陷定位，从而为3d打印的过程参数优化提供重要的反馈依据。在3d打印过程中，打印从底板的表面开始，工件与底板融为一体，底板的上表面会随着打印的进行，逐渐积累应力并产生微小形变，其经过应变放大缝的作用，在缝的底部产生与之对应的放大的形变，该形变一方面会导致粘贴于其底部的压电传感器产生瞬态的电信号输出，另一方面会导致压电传感器的预应力状态发生改变，从而改变其机电转化效率，因此相同的激励声源产生的压电输出能体现出这种效率的变化，因此通过压电传感器阵列的方式，可以实时评价应变的分布。
9.本发明的有益效果为：
10.本发明可以作为金属3d打印过程中的缺陷声发射探测器，也可以作为金属3d打印过程中的加工光声信号的背部光声探测通道使用，为金属3d打印熔池状态提供间接的表征。
附图说明
11.图1为本发明的3d打印智能底板框图。图2为智能底板上端盖剖面俯视图。
具体实施方式
12.下面结合附图详细描述本发明的技术方案。
13.如图1所示，本发明智能底板主要包括：智能底板上端盖1、应变放大缝2、压电传感器 3、信号传输线4、压电信号处理电路6、信号输出端子7、智能底板下端盖8、声激励源9、信号连接线10、激励驱动连接线11，智能底板上端盖1和智能底板下端盖8连接，在智能底板上端盖1和智能底板下端盖8之间形成封闭的绝缘空隙5。在3d打印过程中，打印从底板的表面开始，工件与底板融为一体，底板的上表面会随着打印的进行，逐渐积累应力并产生微小形变，其经过应变放大缝的作用，在缝的底部产生与之对应的放大的形变，该形变一方面会导致粘贴于其底部的压电传感器产生瞬态的电信号输出，另一方面会导致压电传感器的预应力状态发生改变，从而改变其机电转化效率，因此相同的激励声源产生的压电输出能体现出这种效率的变化，因此通过压电传感器阵列的方式，可以实时评价应变的分布。
14.智能底板上端盖包括：智能底板上端盖底面、应变放大缝、压电传感器。
15.智能底板上端盖为平整的面，不仅其上有横纵交替的应变放大缝，而且在缝的交汇处还粘贴由压电传感器组成的阵列。
16.应变放大缝为从智能底板上端盖底面开口的微小缝隙，其深度小于智能底板上端盖的厚度，其包含横纵两个方向的缝隙，组成缝隙阵列，在横纵缝隙的交汇处，粘贴压电传感器。
17.压电传感器粘贴于智能底板上端盖底面上，位于应变放大缝的交汇处，其与智能底板上端盖底面电接触良好，且该面为压电传感器的信号地，其暴露于绝缘空隙的面为信号输出极，并经过信号传输线把压电信号传输至压电信号处理电路进行处理。
18.压电传感器粘贴于智能底板上端盖底面上，位于应变放大缝的交汇处，其与智能底板上端盖底面电接触良好，且该面为压电传感器的信号地，其暴露于绝缘空隙的面为信
号输出极，并经过信号传输线把压电信号传输至压电信号处理电路进行处理。
19.信号传输线其为柔性导线，其一端与压电传感器的信号输出电极连接，另一端与压电信号处理电路连接，其作用是压电传感器的信号输出连接线。
20.绝缘空气隙其为智能底板上端盖与智能底板下端盖之间的空隙层，其为空气或其他绝缘物质填充，起到电绝缘的作用，以确保压电传感器的两极不短路。
21.压电信号处理电路其为多通道的信号采集与预处理电路，其输入端为多压电传感器组成的传感器阵列的压电输出信号，其把传感器阵列信号实时采集，并完成时域和频域的初步处理，最终按照工业通信规范(rs232、485等)输出处理后的阵列信号至信号输出端子；另一面，其为激励声源提供驱动信号。
22.信号输出端子其作为压电信号处理电路的输出接口，完成对外的信号输出。
23.智能底板下端盖其为压电信号处理电路、信号输出端子、激励声源的安装基座，并提供智能底板的整体支撑。
24.激励声源其为激励声信号发射源，实现单频音频的发射功能，其驱动信号由压电信号处理电路提供。
25.信号连接线是多股屏蔽线，是压电信号处理电路与信号输出端子之间的信号连接线。
26.激励驱动连接线是双股屏蔽线，实现压电信号处理电路与激励声源的连接，完成压电信号处理电路产生的激励声信号驱动激励声源的输出连接。