基于光频域反射技术的增材制造聚乳酸酯温度分布特征研究

作     者：黄金生 洪成雨 杨强 孙晓辉 Huang Jinsheng;Hong Chengyu;Yang Qiang;Sun Xiaohui

作者机构：深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室广东深圳518060 深圳大学未来地下城市研究院广东深圳518060 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室广东深圳518060 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2021年第41卷第16期

页      面：17-24页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52078303) 国家自然科学基金高铁联合基金项目(U2034204) 

主　　题：光纤光学 光频域反射技术 增材制造 温度监测 聚乳酸酯 

摘      要：增材制造(AM)技术依据数字化模型,将材料以逐层铺叠的方式制成产品。在逐层铺叠过程中,模型内部不同位置的温度变化较为复杂,为了监测增材制造过程中层叠结构打印模型内部不同位置的温度变化,本研究利用光频域反射技术(OFDR),将分布式光纤嵌入聚乳酸酯(PLA)材料模型内部,实现了对打印过程中任一时刻材料模型内部不同位置的温度变化的监测,同时考虑填充密度对模型温度变化的影响,设置填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%。结果表明,在打印过程中,模型在同一密度下不同位置点的内部温度变化量趋于一致,温度变化量范围为20~40℃;根据不同填充密度下模型的温度变化量曲线,将打印过程划分为5个典型阶段,包括光纤嵌入阶段、温度检测孔洞封装阶段、模型填充封装阶段、模型封顶阶段、模型温度回归阶段。分析模型填充封装阶段最高峰值点和模型封顶阶段完成点的温度变化量,发现100%填充密度下AM过程中模型核心最大温度较20%填充密度下高15℃,而且随着模型填充密度的增大,打印材料对温度消散的阻碍作用增强。