[发明专利]具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机及方法

权利要求书

1.具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机，包括有机架(1)，机架(1)的打印机底座(6)上设有打印底座(2)；底板前侧设有状态监测屏(3)、操作面板(4)和操作显示屏(5)；机架(1)的四个侧板上侧的两端都分别设有两个同步带轮(8)，两个同步带轮(8)之间设有一同步带(9)；同步带(9)上均设有一同步带滑块(10)，两个相对的同步带滑块(10)之间设有一导向轨道(11)，两组相对的同步带滑块(10)共组建了2个导向轨道(11)，两个导向轨道(11)垂直交叉，并共同穿过喷头移动滑块(15)；在机架(1)内部设有升降丝杠(7)，升降丝杠(7)与打印底座(2)的后侧中心部位连接；喷头移动滑块(15)底部设有打印喷头(16)，上部设有加速度传感器安装仓(14)；加速度传感器安装仓(14)上设有加速度传感器(13)；加速度传感器(13)通过集成化线束(12)与信号采集卡18相连；设备主板17、信号采集卡18、数据处理模块19；设备主板(17)、信号采集卡(18)、数据处理模块(19)安装在打印机底座(6)的内部；同步带轮(8)由步进电机驱动，实现同步带运动，带动打印喷头运动。

2.根据权利要求1所述的具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机，其特征在于，所述的加速度传感器(13)包括了三个方向的加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机，其特征在于，所述的加速度传感器安装仓(14)的底部设有穿进料管和喷头线路的孔，进料管和喷头线路和加速度传感器的信号传输线捆绑到一起形成集成化线束。

4.根据权利要求1所述的具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机，其特征在于，所述的状态监测屏(3)和操作显示屏(5)为相互独立的两个显示屏，状态监测屏显示振动信号以用于监测诊断，操作显示屏用于调节参数和工作状态的显示。状态监测屏(3)和操作显示屏(5)分别与设备主板(17)连接；所述的状态监测屏(3)和操作显示屏(5)为相互独立的两个显示屏，状态监测屏显示振动信号以用于监测诊断，操作显示屏用于调节参数和工作状态的显示；状态监测屏(3)、操作显示屏(5)、操作面板(4)分别与设备主板(17)连接，设备主板和信号采集卡通过数据传输线路连接，信号采集卡与集成化线束(12)连接并接受来自加速度传感器的振动信号，将其传输给设备主板，主板上集成了数据处理模块，完成相关计算；通过操作面板(4)实现设备操作调节，设备的控制由设备主板(17)控制完成。

5.根据权利要求1所述的具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机，其特征在于，所述的加速度传感器安装仓(14)的底部由不锈钢构成，可通过磁铁吸附3个加速度传感器，安装仓的底部有孔，进料管和喷头线路穿过孔。

6.利用权利要求1所述的具有状态监测与故障诊断的熔融沉积式3D打印机的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在通电状态下，所打印材料将会在打印喷头内部加热并挤压出来，在竖直方向中逐层堆积成需要的形状，打印喷头上端有冷却风扇，以防止温度过高；驱动电机、同步带、导向轨道等共同驱动打印喷头在某个平面内做平面运动，其运动的位置和路径由设备主板驱动；操作面板实现对各个参数的调节和数据的导入工作，操作显示屏显示设备工作状态和调节参数信息；

步骤2，打印喷头上集成了3个方向的加速度传感器，在打印机工作过程中，加速度传感器采集打印喷头的振动信号，通过集成化线束传输到信号采集卡，通过数据处理模块对信号进行分析，识别设备工作状态是否正常，如果异常则报警停机；

步骤3，采集的信号在数据处理模块内进行滤波降噪处理，随后统计其常用统计参数，监测过程采取分段采集计算的方式进行，包括的参数有均值、标准差、最大值、最小值、极差、变异系数、偏度、峰度共8个参数；如果上述参数超出正常范围，则报警停机，否则3D打印机继续工作；需要提前在设备正常工作条件下对其进行标定，以获取8个参数的正常范围阈值。