[發(fā)明專利]波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印裝置和封裝標(biāo)定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310039411.0
• 申請(qǐng)日: 2023-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN116001273A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王麗艷;馬濱;竺明星;李小娟;周娟蘭;吳文婧;譚博瑞;姜明瑞;戈鑫;方之愷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/209
• 分類號(hào): B29C64/209;B33Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印裝置，其特征在于，土工格室3D打印裝置(1)包括熱床(2)、步進(jìn)電機(jī)(3)、噴頭(4)、X-Y-Z三維傳動(dòng)系統(tǒng)、限位開關(guān)(8)；所述熱床(2)承接噴頭(4)噴出的土工格室原料并進(jìn)行加熱，X-Y-Z三維傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)噴頭(4)和熱床(2)在X，Y方向做二維平面運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)噴頭(4)在Z方向做上下運(yùn)動(dòng)；

所述噴頭(4)包括預(yù)熱組件(401)、電阻式加熱器(402)、噴嘴(403)、散熱管(404)和輸料管(405)，首先通過預(yù)熱組件(401)對(duì)打印高溫材料進(jìn)行預(yù)熱并使用封閉結(jié)構(gòu)來減緩溫度的變化，形成一個(gè)穩(wěn)定的打印溫度并縮小打印成型溫度和打印環(huán)境溫度之間的溫差，輸料管(405)置于散熱管(404)中，且輸料管(405)伸出預(yù)熱組件(401)外，與噴嘴(403)連接，電阻式加熱器(402)置于預(yù)熱組件(401)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印裝置，其特征在于，所述的X-Y-Z三維傳動(dòng)系統(tǒng)包括X軸傳動(dòng)裝置(5)，Y軸傳動(dòng)裝置(6)，Z軸傳動(dòng)裝置(7)，Y軸傳動(dòng)裝置(6)控制Y軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，將熱床(2)置于滑塊(604)上，滑塊(604)置于滑軌(601)上，通過導(dǎo)向軸(602)上的Y軸步進(jìn)電機(jī)(603)使得滑塊(604)在滑軌(601)上沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)熱床(2)沿Y方向運(yùn)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印裝置，其特征在于，所述的熱床(2)采用PCB熱床，用于承接噴頭噴出的土工格室原料并進(jìn)行加熱，保證波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)能與3D打印的土工格室(9)協(xié)調(diào)變形。

4.一種利用權(quán)利要求1所述裝置的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印封裝標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)預(yù)先設(shè)計(jì)土工格室的三維立體模型，土工格室的建模尺寸及網(wǎng)孔形狀，并根據(jù)三維立體模型控制X-Y-Z三維傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整噴頭(4)與熱床(2)的相對(duì)高度和位置；

(b)將土工格室3D模型的打印機(jī)放入15-35℃，濕度20-50％中的環(huán)境中，將切片軟件切片后的土工格室3D模型進(jìn)行打印，打印至土工格室高度的50％時(shí)停止土工格室打印，形成下層土工格室(903)，依據(jù)刻槽信息利用刻槽機(jī)在下層土工格室(903)上預(yù)留刻槽(902)，待下層土工格室(903)溫度降低至30～70℃時(shí)將波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器用強(qiáng)力膠水嵌入到在預(yù)留的刻槽(902)中，待波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)完全固定好后將熱床(2)下調(diào)0.1-0.3mm，再進(jìn)行打印剩余上層土工格室(901)，拆除輔助支撐后施加壓力于傳感器封裝完成的格室上，使上下層3D打印土工格室(9)粘接充分；

(c)土工格室外部引出的裸纖采用套管進(jìn)行保護(hù)，且要求光纖纖芯層與包層、涂覆層機(jī)械性能相同，光纖光柵和所述套管與3D打印土工格室變形一致并用環(huán)氧樹脂膠將套管與格室的連接部分粘合；

封裝于土工格室中的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)波長(zhǎng)變化與應(yīng)變變化的關(guān)系的標(biāo)定方法，包括以下步驟：

(1)剛結(jié)束3D打印的模型溫度較高，波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)剛放置于土工格室刻槽中時(shí)會(huì)受到高溫影響產(chǎn)生拉應(yīng)變，封裝結(jié)束材料硬化會(huì)有殘余應(yīng)變，通過預(yù)設(shè)補(bǔ)償器(905)來補(bǔ)償溫度、材料硬化因素造成的應(yīng)變；

(2)待波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)波長(zhǎng)在自然狀態(tài)下穩(wěn)定后，通過砝碼對(duì)土工格室逐級(jí)加載施加拉力，使得土工格室多次拉伸，每次拉伸對(duì)光柵區(qū)進(jìn)行波長(zhǎng)測(cè)量，取多次所測(cè)波長(zhǎng)的平均值代表真實(shí)波長(zhǎng)；

(3)通過逐級(jí)卸載的形式對(duì)波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)進(jìn)行標(biāo)定；

(4)通過擬合可得封裝于3D打印土工格室中波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器(904)波長(zhǎng)變化與應(yīng)力變化之間存在良好的線性關(guān)系。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印封裝標(biāo)定方法，其特征在于，土工格室的建模尺寸為：格室高度100-240mm，節(jié)點(diǎn)距離250-480mm，片材厚度≥1.3mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印封裝標(biāo)定方法，其特征在于，3D打印土工格室的材料采用碳纖維材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器的土工格室3D打印封裝標(biāo)定方法，其特征在于，調(diào)節(jié)噴頭(4)的擠出速度為360～720r/min，填充速度與擠出速度相匹配，使噴頭(4)的空走過程更順利；通過熱床(2)、封閉式的噴頭(4)、預(yù)熱組件(401)和電阻式加熱器(402)使打印機(jī)加熱溫度穩(wěn)定320℃以上。