一种基于红外光谱分析的3d打印检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种3D打印检测方法，用于实时检测当前3D打印的表面材料是否与设计样本相符。所述3D打印机包括3D打印机本体、可移动的红外光谱分析仪（包含红外全反射附件）；同时配有纠错软件，通过对比检测点的红外光谱和设计样本的标准光谱，进行纠正或选择重新打印。本发明能实时监测打印物体所用材料的准确度，降低打印的次品率，减少不必要的材料损耗，节约时间。
【专利说明】一种基于红外光谱分析的30打印检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于红外光谱分析的30打印检测方法，应用于30领域。
【背景技术】
[0002]30打印技术，是一种正在兴起的新型制造技术，学术上又称“添加制造”技术。其是基于三维“0模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。30打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”和全生产周期的“快速制造”相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。
[0003]30打印涉及的技术包括建模、测量、接口软件、数控、精密机械、激光、材料等多种学科的集成。30打印按材料可分为块体材料、液态材料和粉末材料等。其具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造的特点和优势。
[0004]30打印是采用类似喷墨打印机喷头的工作方式。这种工艺与选择性激光烧结十分类似，只是将激光烧结过程改为喷头粘结，光栅扫描器改为粘结剂喷射头。30打印技术发展带来的产品技术、制造技术与管理技术的进步使企业具备快速响应市场需求的能力。30打印技术的不断成熟将推动新材料技术和智能制造技术实现大的飞跃。
[0005]30打印技术的应用越来越广泛，已经从早期的模型、建筑等单一材料的打印扩展到食品、电子、生物等多种材料的复合打印。而30打印是较昂贵的技术，打印制造成本较高，如果多种材料的复合打印中任何一个环节出错，都会导致出现打印产品的次品，从而增加整体的成本。通过本专利实时检测当前30打印的表面材料是否与设计样本相符，利用可移动的红外光谱分析仪实时监测，可以从而提高30打印出三维实体的质量以及打印产品良品的成功率。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种基于红外光谱分析的30打印检测方法，有助于30打印过程的自我纠错，保障打印效果。
[0007]本发明的技术方案在于:
一种基于红外光谱分析的30打印检测方法，其特征在于，按如下步骤进行:
1)提供一系统，该系统包括具有红外光谱分析检测、纠错系统的30打印机，还包括30打印机本体，所述30打印机本体包括30打印头，打印台，打印原料盒、30打印机机械组件、打印控制组件、设备电路；打印机内部配有红外光谱分析装置，所述红外光谱分析装置配有全反射附件，所述30打印机连接的计算机具有红外谱库；30打印机还包括激光切割刀，在误差范围内可以对打印错误的地方进行修改。；
2)通过红外光谱分析装置将各打印材料的光谱信息存放到红外谱库；
3)设计打印图纸；
4)根据打印材料划分模块；
5)设定误差允许范围； 6)打印开始时，利用红外光谱分析装置对各模块的打印材料进行光谱分析，将收集到的数据传到计算机，形成谱图；
7)将所获得的谱图与计算机红外谱库中储存的光谱集对比，判断所打印材料是否正确；
8)步骤7的判断结果为正确时，判断打印是否完成，若未完成则继续下一打印层的打印，并继续采集光谱信息及谱图比对；若完成打印过程，则结束打印；
9)步骤7的判断结果为不正确，判断误差范围是否超过设定值；
10)如超过，则判断属于第一种错误还是第二种错误；如未超过时，则继续下一打印层的打印，并继续采集光谱信息及谱图比对；
11)当属于第一种错误时，刮除错误部分或重新打印；当属于第二种错误时，更改程序填补未打印部分。
[0008]本发明的优点在于:
本发明在现有30打印机的供料模块中加入30打印材料的检测模块，可以减少由于打印材料中含有杂质而导致打印出来的产品的不合格，可以提高产品的合格率。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例的流程图。
[0010]图2为本发明实施例中的修复流程图。
[0011]图3为本发明实施例的硬件系统。
【具体实施方式】
[0012]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，结合附图作详细说明如下。
[0013]以下将通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。参阅图1至图3，本发明涉及一种基于红外光谱分析的30打印检测方法，按如下步骤进行:
1)提供一系统，该系统包括具有红外光谱分析检测、纠错系统的30打印机，还包括30打印机本体，所述30打印机本体包括30打印头1，打印台2，打印原料盒3、30打印机机械组件、打印控制组件、设备电路；打印机内部配有红外光谱分析装置4，所述红外光谱分析装置配有全反射附件，所述30打印机连接的计算机5具有红外谱库；30打印机还包括激光切割刀6，在误差范围内可以对打印错误的地方进行修改，如图3所示；
2)通过红外光谱分析装置将各打印材料的光谱信息存放到红外谱库；
3)设计打印图纸；
4)根据打印材料划分模块
5)设定误差允许范围
6)打印开始时，利用红外光谱分析装置对打印材料进行光谱分析，将收集到的数据传到计算机，形成谱图；
7)将所获得的谱图与计算机红外谱库中储存的光谱集对比，判断所打印材料是否正确；
8)步骤7的判断结果为正确时，判断打印是否完成，若未完成则继续下一打印层的打印，并继续采集光谱信息及谱图比对；若完成打印过程，则结束打印；
9)步骤7的判断结果为不正确，判断误差范围是否超过设定值；
10)如超过，则判断属于第一种错误还是第二种错误；如未超过时，则继续下一打印层的打印，并继续采集光谱信息及谱图比对；
11)当属于第一种错误时，刮除错误部分或重新打印；当属于第二种错误时，更改程序填补未打印部分。
[0014]该红外光谱分析装置安装于30打印机内壁，可全方位(上下、左右、前后),移动。控制、移动红外光谱分析装置检测在打印过程中检测30打印物体的所用材料是否正确。
[0015]该红外光谱分析装置内有迈克尔逊干涉仪。红外光谱分析仪器的种类有:1.棱镜和光栅光谱仪。属于色散型，它的单色器为棱镜或光栅，属单通道测量。2.傅里叶变换红外光谱仪。它是非色散型的，其核心部分是一台双光束干涉仪。当仪器中的动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变，探测器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。经过傅里叶变换的数学运算后，就可得到入射光的光谱。这种仪器的优点:①多通道测量，使信噪比提高。②光通量高，提高了仪器的灵敏度。③波数值的精确度可达0.01厘米。④增加动镜移动距离，可使分辨本领提高。⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区，可以实现远红外光谱的测定。
[0016]该红外光谱分析装置带有全反射附件。利用衰减全反射技术以往需花几十分钟的检验，可在几秒钟内完成，大大提高了检验速度；操作方便。实验结果表明，该方法操作方便、测量灵敏度高，可得到高质量的红外谱图。该方法对测定样品具有非破坏性，无需预处理等优点。
[0017]该30打印机在打印过程中与控制计算机保持实时连接。该计算机中存有常见的标准红外谱图集(如:?也161'红外谱图集学会谱图集、八?I光谱图集等),用于与上述装置所采集的光谱进行对比，校验打印所用的材料是否正确。
[0018]发现错误时，判断错误的面积是否在允许范围内(这个允许在设计图中根据个人需求进行设计),若在范围内继续打印，若超出允许范围，判断错误的种类:1、使用错误材料；2、所规定的位置未打印。在错误1的情况下，可根据具体情况选择继续打印，或暂停刮除错误部分继续打印，或终止打印；在错误2的情况下，可更改程序填补未打印的地方。
[0019]具体实施过程如下:
打印过程中，每当打印头更换材料时，红外光谱分析装置启动，根据软件计算出红外发射位置，并移动到位发出红外光，利用衰减全反射技术，将收集到的数据传到计算机，形成谱图，与计算机中储存的光谱集对比，判断所打印材料是否正确。发现错误时，以检测点为中心，以设定半径的圆的边缘上任取三点进行检测，若有两点未出现错误，说明在误差允许范围内。
[0020]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种基于红外光谱分析的3D打印检测方法，其特征在于，按如下步骤进行: 1)提供一系统，该系统包括具有红外光谱分析检测、纠错系统的3D打印机，还包括3D打印机本体，所述3D打印机本体包括3D打印头(I)，打印台(2 )，打印原料盒(3 )、3D打印机机械组件、打印控制组件、设备电路；打印机内部配有红外光谱分析装置(4)，所述红外光谱分析装置配有全反射附件，所述3D打印机连接的计算机(5)具有红外谱库；3D打印机还包括激光切割刀(6)，在误差范围内可以对打印错误的地方进行修改； 2)通过将各打印材料的光谱信息存放到红外谱库，并导入与打印机相连接的计算机(5)； 3)设计打印图纸； 4)根据打印材料划分模块； 5)设定误差允许范围； 6)打印开始时，利用红外光谱分析装置(4)对各模块的打印材料进行光谱分析，将收集到的数据传到计算机，形成谱图； 7)将所获得的谱图与计算机(5)红外谱库中储存的光谱集对比，判断所打印材料是否正确； 8)步骤7的判断结果为正确时，判断打印是否完成，若未完成则继续下一打印层的打印，并继续采集光谱信息及谱图比对；若完成打印过程，则结束打印； 9)步骤7的判断结果为不正确，判断误差范围是否超过设定值； 10)如超过，则判断属于第一种错误还是第二种错误；如未超过时，则继续下一打印层的打印，并继续采集光谱信息及谱图比对； 11)当属于第一种错误时，刮除错误部分或重新打印；当属于第二种错误时，更改程序填补未打印部分。
【文档编号】G01N21/25GK104400998SQ201410237595
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年5月31日 优先权日:2014年5月31日
【发明者】郭太良, 叶芸, 林志贤, 胡海龙, 姚剑敏, 陈伯豪 申请人:福州大学