實驗背景

在3D打印技術領域，樹脂材料能夠提供極高的打印精度，適合制作復雜的幾何結(jié)構(gòu)及精細的零部件，為復雜結(jié)構(gòu)部件、功能原型以及終端產(chǎn)品的高效制造打開了全新視野。

在3D打印過程中形成的復雜三維結(jié)構(gòu)，需分析其在壓縮載荷下的力學行為，包括變形過程、全場應變演化和應變集中區(qū)域，這對造具有復雜力學需求的產(chǎn)品、提高產(chǎn)品力學性能可靠性至關重要。

DIC原理和技術

新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)，是結(jié)合數(shù)字圖像相關方法（Digital Image Correlation）與雙目立體視覺技術，通過追蹤物體表面的散斑圖像或特征圖案，進行立體匹配和三維重建，實現(xiàn)變形過程中物體表面的全場三維坐標、位移及應變的動態(tài)測量。具有非接觸、便攜、速度快、精度高、易操作，可實時測量等特點。尤其適合高頻動態(tài)、非線性或復雜結(jié)構(gòu)變形測量。

應變測量技術對比

傳統(tǒng)的測量方法通常依賴于應變計、加速度計等接觸式傳感器，這些傳感器主要測量局部的應力和應變，難以提供結(jié)構(gòu)的全場變形數(shù)據(jù)。

接觸式測量方法需物理接觸試樣，因此會對試樣自重產(chǎn)生影響，影響測試精度和數(shù)據(jù)結(jié)果。

傳統(tǒng)測量方法需要特定的表面處理或幾何約束，無法適應復雜幾何結(jié)構(gòu)的測量，難以捕捉更細致的變形數(shù)據(jù)。

DIC技術用于全場變形測量

DIC技術通過獲取基準狀態(tài)下的輪廓數(shù)據(jù)，支持追蹤同名點在不同試驗力學載荷下的位移數(shù)據(jù)，進而計算分析出應變數(shù)據(jù)。

在多維數(shù)據(jù)的支撐下，3D打印樹脂結(jié)構(gòu)體壓縮變形分析變得簡單和可靠。DIC技術可獲得壓縮加載過程中結(jié)構(gòu)體表面的全場應變演化和分布，關鍵受力區(qū)域的應變集中現(xiàn)象，從而為研究人員提供更全面的應力應變分布圖。

新拓三維DIC技術關鍵指標

• 非接觸測量技術；

• XYZ 3D坐標/位移/應變?nèi)珗鰷y量；

• 大至500mm測量范圍；

• 20ue最高應變測量精度；

• FEA比對；

• 可實時進行全場應變計算和結(jié)果顯示，而非事后處理。

實驗過程

制作散斑：在試件表面制備散斑圖案，確保散斑圖案的均勻性和對比度，以便DIC系統(tǒng)能夠準確識別和跟蹤。

DIC安裝與標定：安裝相機和照明光源，確保相機能夠清晰地拍攝到試件表面的散斑圖案。進行DIC系統(tǒng)標定，確保相機的內(nèi)參和外參準確，以提高測量精度。

圖像采集：試驗機開始壓縮加載過程，DIC系統(tǒng)同步采集試件在變形過程中的圖像。確保圖像采集的頻率和分辨率滿足實驗要求。同時，DIC系統(tǒng)的軟件實時監(jiān)測試件的位移和應變分布。

數(shù)據(jù)與分析

測量數(shù)據(jù)：3D打印樹脂材料復雜結(jié)構(gòu)體試樣在試驗機壓縮過程中，某個關鍵變形階段的Y方向位移云圖、Z方向位移云圖如下： 

Y方向位移云圖 Z方向位移云圖

測量數(shù)據(jù)：3D打印樹脂材料復雜結(jié)構(gòu)體試樣在試驗機壓縮過程中，某個關鍵變形階段的最大主應變云圖、最大主應變3D云圖如下： 

最大主應變云圖 最大主應變3D云圖

測量數(shù)據(jù)：3D打印樹脂材料復雜結(jié)構(gòu)體試樣在試驗機壓縮過程中，DIC技術與試驗機通訊輸出的應變-力曲線，以及結(jié)構(gòu)表面線應變示意圖如下： 

應變-力曲線 線應變示意圖

數(shù)據(jù)分析結(jié)論

使用XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)，計算分析3D打印樹脂材料結(jié)構(gòu)體表面的位移場和應變場。通過相關算法匹配初始圖像和變形圖像中的散斑點，計算出每個點的位移向量。

DIC軟件生成全場應變云圖，直觀地展示試件在壓縮過程中的應變分布情況。通過應變云圖，可以清晰地觀察到壓縮過程Y方向、Z方向位移動態(tài)變化，分析最大主應變區(qū)域。

實驗結(jié)果以圖表、曲線和云圖的形式呈現(xiàn)，便于研究人員和工程師進行分析和討論。