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并联式3d打印机传动系统增量式健康监测方法研究

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并联式3D打印机传动系统增量式健康监测方法研究

作者：雷晓彤东莞理工学院

学位级别：硕士

3d打印机在先进制造领域广泛应用,在长期运行中其传动系统可能出现磨损、松动、疲劳等故障,影响3d打印质量。3d打印机健康监测旨在及时检测并诊断故障,以便对打印机开展视情维护(Condition-Based Maintenance)。传统上,构造故障诊断模... 详细信息

3d打印机在先进制造领域广泛应用,在长期运行中其传动系统可能出现磨损、松动、疲劳等故障,影响3d打印质量。3d打印机健康监测旨在及时检测并诊断故障,以便对打印机开展视情维护(Condition-Based Maintenance)。传统上,构造故障诊断模型需要先收集设备在正常以及不同类型故障状态下的数据,然而,在实际3d打印机应用中,初始只有正常状态数据,在长期运行中发生多次故障后才能获取到不同类型的故障数据,且并不能保证覆盖了全部的故障类型,导致故障诊断模型构建困难、建立的模型不能检测新类别。要在3d打印机投入运行后的全生命周期(从完好到不可维修的报废状态,或达到使用年限)开展健康监测,要求故障诊断模型具备增量学习能力,能够利用在线监测数据流检测新故障并扩充已有故障知识。本论文以并联式3d打印机传动系统为研究对象,围绕增量式健康监测方法开展研究。本论文的主要研究内容如下:针对轴承故障振动信号的特性,对比了多种特征提取方法,包括基于人工经验的方法和基于智能算法的方法,并提出了一种基于对比学习的特征提取方法,该方法适用于只有正常数据的情况。在两个轴承故障数据集上进行了实验,结果表明:基于对比学习的特征提取方法具有良好的特征提取性能,可以提取出具有区分度的代表性特征。为了识别运行中出现的新故障类别,提出了基于同源及异类特征的故障模式增量识别方法ICLHIF(Incrementally Contrastive Learning with Homologous and Interclass Features),利用对比学习捕获不同类别之间的同源特征及异类特征,构建了具备特征提取、异常检测、新颖性检测和增量识别功能的故障诊断模型,并在基准轴承故障数据集及3d打印机传动系统数据集上做了性能验证,实验结果表明:ICLHIF相较于其他算法,具有更高的异常检测准确率和新颖性检测精度。为了减少故障模式增量识别模型ICLHIF对历史旧数据的依赖,采用黑暗经验重放和终生无监督混合技术进行优化,通过构建插值实例找到新旧类之间的连续性特征,提出了基于无监督特征连续性的故障模式增量识别方法UFC(Unsupervised Feature Continuity),在3d打印机传动系统数据集上进行实验验证,实验结果表明:UFC的平均准确率最高,同时平均遗忘率较低,在减少历史数据依赖的同时,有效地减轻了灾难性遗忘问题。最后,设计了一个基于Qt及MySQL的3d打印机在线监测平台,将所提出的两种故障模式增量识别方法集成至平台,实现对多台3d打印机的全面监控和故障检测,以满足实际工业生产中对设备运行状态的持续关注和及时响应的需求。

关键词：健康监测增量学习 3d打印机传动系统故障诊断

基于螺杆挤出颗粒料熔融层积的3d打印机研究

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工程技术研究 2024年第12期9卷 198-201页

作者：龚元娟唐翟慧林铨乐许志鸿邓景峰梁文轩毕君陈学文广东轻工职业技术学院机电技术学院广东广州510300 广东工程职业技术学院机电工程学院广东广州510520

熔融层积成型技术(fused deposition modeling,FdM)作为一种3d打印技术,具有结构简单、操作方便、成本较低等优点。目前,FdM技术3d打印机使用标准材料线材,对线材要求较高,价格相对高。在3d打印过程中会浪费颗粒,从而影响环境。为此,文... 详细信息

熔融层积成型技术(fused deposition modeling,FdM)作为一种3d打印技术,具有结构简单、操作方便、成本较低等优点。目前,FdM技术3d打印机使用标准材料线材,对线材要求较高,价格相对高。在3d打印过程中会浪费颗粒,从而影响环境。为此,文章设计了基于螺杆挤出颗粒料的3d打印机,直接采用传统颗粒料进行挤出成形,无须标准直径线材。此设计旨在降低成本、减少浪费,实现更环保的“绿色”打印。

关键词： 3d打印机螺杆挤出熔融层积 “绿色”打印

用虚拟3d打印机项目驱动机电一体化课程教学

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实验科学与技术 2024年

作者：石勇魏永庚王中鲜黑龙江大学机电工程学院

针对目前“机电一体化”课程存在的教材不合理、教学模式单一、课程目标缺乏特色、师资不足和试验条件不足的问题，本研究提出以虚拟3d打印机项目为驱动力的课程教学模式，对课程内容和教学方法进行改革。重新规划理论课程部分内容，提... 详细信息

针对目前“机电一体化”课程存在的教材不合理、教学模式单一、课程目标缺乏特色、师资不足和试验条件不足的问题，本研究提出以虚拟3d打印机项目为驱动力的课程教学模式，对课程内容和教学方法进行改革。重新规划理论课程部分内容，提出非标设备机械设计、计算机控制系统、单片机控制系统、PLC控制系统、数控系统和通讯协议六个专题，并对应性的设计了六个实验作业，初步实现理论和应用的紧密结合。在课程实践部分设计了一个虚拟3d打印机项目，在该项目的驱动下，有效提升学生对单片机控制、计算机编程和机械设计知识的理解、融合和应用。更重要的是，虚拟3d打印机项目为驱动力的课程实践避免了任何硬件需求，避免了实体项目的人力和物力要求，并实现了机械与电子控制的全仿真。该教学模式的提出和应用有效的提高了学生的实践和创新能力。

关键词：机电一体化实践及创新能力教学改革 3d打印机虚拟机电系统

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底板转动无支撑3d打印机的设计

科技资讯 2024年第1期22卷 78-81页

作者：卢佳妮李秋实张彤临沂大学山东临沂276000

打破传统的单一维度堆叠打印方法,设计多角度、多方向转动的打印平台与多点温度检测、控制系统,设计专用的切片软件将模型进行分区处理,打印无需支撑的部分,再将底板进行不同角度的旋转,使其他部分形成无支撑的新打印区域,同时增加柔性... 详细信息

打破传统的单一维度堆叠打印方法,设计多角度、多方向转动的打印平台与多点温度检测、控制系统,设计专用的切片软件将模型进行分区处理,打印无需支撑的部分,再将底板进行不同角度的旋转,使其他部分形成无支撑的新打印区域,同时增加柔性支撑部分,解决模型因重力问题导致的脱落。这种打印技术可实现所有模型的无支撑打印,为3d打印机的高效打印提供了新的发展思路。

关键词： 3d打印机无支撑打印底板转动柔性支撑

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基于FdM工艺的多功能3d打印机结构设计

科技创新与应用 2024年第4期14卷 46-49页

作者：王新王文娟赵小刚庞希冯邵康庞智文任瑞翔于云龙黄冠杰陕西科技大学机电工程学院西安710021

该文针对传统3d打印机对于零部件的打印精度、加工效率以及许多异形曲面结构打印难以达到加工需求,且设备在运作时还会发热振动,产生噪音等问题进行优化,采用Creo软件设计一种基于熔融沉积制造(FdM)工艺且具备打印、打磨、清扫功能的3d... 详细信息

该文针对传统3d打印机对于零部件的打印精度、加工效率以及许多异形曲面结构打印难以达到加工需求,且设备在运作时还会发热振动,产生噪音等问题进行优化,采用Creo软件设计一种基于熔融沉积制造(FdM)工艺且具备打印、打磨、清扫功能的3d打印机,并对多个零部件3d模型进行仿真和力学分析,分析喷头的温度场分布及五孔连接盖板、脚垫支架的受力分布。结果表明,该设计可实现减少耗材,降低发热振动,有效提高打印精度,缩短打印时间,结构稳定合理,具有较好的推广应用价值。

关键词： FdM 3d打印机多功能结构设计 3d模型

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红宝石在FFF技术3d打印机中的应用

今日自动化 2024年第4期 74-75,91页

作者：龙旺平上海复志信息科技股份有限公司上海200438

增材制造(3d打印)是新兴制造业,集合了信息网络技术、先进材料技术及数字制造技术,广泛应用于汽车、电子、医疗、航空航天、建筑等领域。文章针对FFF技术3d打印设备在高强度、高分子材料的使用过程中,对挤出喷嘴磨损大等问题提出红宝石... 详细信息

增材制造(3d打印)是新兴制造业,集合了信息网络技术、先进材料技术及数字制造技术,广泛应用于汽车、电子、医疗、航空航天、建筑等领域。文章针对FFF技术3d打印设备在高强度、高分子材料的使用过程中,对挤出喷嘴磨损大等问题提出红宝石在FFF技术3d打印设备挤出中的应用方案。从材料硬度、光洁度、导热系数等方面认证其与3d打印挤出系统的相关性。实践表明,该应用可提高挤出喷嘴对材料的适用性并延长其使用寿命,降低挤出喷嘴使用成本。

关键词：红宝石喷嘴挤出热端 3d打印机

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首层自动调平3d打印机的研究

现代工业经济和信息化 2024年第8期14卷 146-148页

作者：李月振董趁心肖靖洋青岛恒星科技学院山东青岛266100

介绍了一种首层自动调平的3d打印机。通过研究该技术的研究背景和重要性,确定研究的目的和意义,以解决当前3d打印技术中首层精度不高和调平困难的问题。采用了一种创新的方法,通过自动调平系统对打印床进行实时调整,从而实现首层的自动... 详细信息

介绍了一种首层自动调平的3d打印机。通过研究该技术的研究背景和重要性,确定研究的目的和意义,以解决当前3d打印技术中首层精度不高和调平困难的问题。采用了一种创新的方法,通过自动调平系统对打印床进行实时调整,从而实现首层的自动调平。实验结果表明,该打印机在提高首层精度的同时,大大减少了调平的时间和难度。该技术的应用对于提高3d打印的质量和效率具有重要意义。

关键词： 3d打印机首层自动调平打印床精度质量

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具有电磁阀微喷功能的3d打印机构建及应用

机械工程学报 2022年第23期58卷 262-270页

作者：桑胜波申治中周传刚孙蕾权龙太原理工大学微纳传感与人工智能感知山西省重点实验室太原030024 山西省六维人工智能生物医学研究院太原030031 太原理工大学机械与运载学院太原030024

3d打印技术已经在生物医学、传感器制造等领域得到广泛应用。然而,传统3d打印机由于自身工作方式的不同,适用范围不同,难以同时兼容生物制备和传感器制备。因此,以电磁阀作为3d打印机的喷头,自主设计并构建具有独特工作方式的3d打印机,... 详细信息

3d打印技术已经在生物医学、传感器制造等领域得到广泛应用。然而,传统3d打印机由于自身工作方式的不同,适用范围不同,难以同时兼容生物制备和传感器制备。因此,以电磁阀作为3d打印机的喷头,自主设计并构建具有独特工作方式的3d打印机,将高精度液滴分配方式应用于3d结构打印。研究料筒气压、电磁阀开关时间、喷头高度对打印液滴直径的影响,并对点、线、网、面图案的打印质量进行评估;利用所构建的打印机制备具有真皮乳头结构的组织工程皮肤和阵列式柔性压力传感器,测试组织工程皮肤的细胞活性及压力传感器的压-阻转换特性。结果表明,打印液滴直径尺寸与料筒气压、喷头开启时间、喷头高度均成正相关;3d打印机对点、线、网、面图案的打印效果较为理想;可成功应用于具有真皮乳头结构的组织工程皮肤和柔性压力传感器的制备。所构建的3d打印机融合喷墨式打印机和挤出式打印机的优势,对打印墨水有较好的兼容性,具有打印方式简单、打印速度快、成型质量高的优点,对组织工程皮肤及柔性压力传感器的研究具有重要意义,为实现具有感知功能仿生皮肤的制备奠定基础。

关键词： 3d打印机电磁阀喷头组织工程皮肤柔性压力传感器

面向熔融沉积成型的3d打印机故障声发射监控方法

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浙江大学学报（工学版） 2016年第1期50卷 78-84页

作者：吴海曦余忠华张浩杨振生 WANG Yan 浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室浙江杭州310027 上海海事大学物流工程学院上海201306 佐治亚理工学院机械工程学院美国亚特兰大30332

针对熔融沉积成型(FdM)3d打印机中打印喷头容易出现打印材料断丝或耗尽和喷头阻塞的故障模式,分别设计并开展2组实验,研究基于声发射传感器的故障监控方法.为了减小对传感器信号数据进行处理和存储的负担,并提升监控的实时性,使用基于... 详细信息

针对熔融沉积成型(FdM)3d打印机中打印喷头容易出现打印材料断丝或耗尽和喷头阻塞的故障模式,分别设计并开展2组实验,研究基于声发射传感器的故障监控方法.为了减小对传感器信号数据进行处理和存储的负担,并提升监控的实时性,使用基于声发射波击(AE hit)的参数化声发射信号处理及特征值提取方法.通过实验采集到了传感器数据并进行信号处理,研究故障模式和特征值之间的联系,得到最敏感的AE hit关键特征值.使用K-means聚类算法对两类故障模式进行同时识别研究.结果表明,在0.2s的时间分辨率下,基于AE hit的绝对能量和击数特征值,提出的监控方法对典型故障的识别准确率分别为94.62%和93.80%.

关键词：熔融沉积成型(FdM) 3d打印机故障监控声发射