灯丝供应系统能够远程监控和自动湿度控制3 d打印机

文摘

在本文中,我们建议一个边缘计算系统的3 d打印机,可以监视和控制供应丝内的相对湿度。为此,我们研究了应力-应变曲线的变化从3 d打印对象由于湿敏特性的聚乳酸(PLA)灯丝。丝供应系统配备了相对湿度和温度传感器和断续器照片为了获得数据;服务器使用一个覆盆子π实现远程监控温度和湿度在灯丝供应和监控其状态。此外,湿度控制系统(生产使用珀尔帖模块)允许用户远程控制供应系统内的湿度水平。总之,构造了一个综合监控系统与灯丝供应系统和上述功能,并集成到一个现有的3 d打印机监控系统。该监测系统可用于构成一个稳定的环境研究3 d打印机。

1。介绍

边缘计算系统技术来执行计算用户附近的一个平台,而不是在一个服务器上,如数据中心。一个截然不同的概念是云计算。边缘计算解决网络通信问题,如缺乏带宽和延迟设备和服务器之间,云计算的一个缺点。计算边缘也可以部署在环境没有连接到互联网。这允许用户建立更有效的系统在特定情况下(1]。

由于不便3 d打印机需要印刷的时间很长,已经有各种各样的边缘计算系统3 d打印机监控市场上(2]。大多数系统集中监控的功能里面的3 d打印机,包括加热床温度监测和控制、喷嘴控制,视频图像的实时输出室的内部,和刀位点查看器。

同时,纤维的主要材料是3 d印刷,他们固有的属性。这些属性的细丝允许用户用特定的特征生成3 d打印的对象和使用产品的预期用途3,4]。然而,丝的材料特性是受各种因素的影响。的一个主要影响因素的特点,丝是湿度。例如,如果聚乳酸(PLA)纤维暴露在高湿度很长一段时间,灯丝降低了抗拉强度时,印刷,表面,使泡沫发生输出(5]。此外,解放军对湿度敏感,暴露在高湿度导致其属性的变化。据报道,随着湿度的增加,平均分子量、延伸率和降解率降低(6]。

本研究进行支持3 d打印项目用于生产康复设备。由于康复设备的特点,它必须承受大负载。此外,3 d打印对象的稳定性和可靠性是非常重要的因素,如果不好,会导致严重的事故。因此,必须保持环境湿度恒定当存储和使用解放军细丝。

另一方面,3 d打印机监控系统功能和管理灯丝供应环境是很难找到的,和许多用户通常控制湿度通过使用除湿剂如硅胶(7]。然而,这种方法很难获得一个统一的3 d打印的对象,因为它不仅是用户必须定期更换产品水分吸收,但也很难维持一个恒定的湿度水平。

开发一个边缘计算系统来监控3 d打印机灯丝供应,在本文中,我们首先进行拉伸试验(8)与PLA纤维暴露在不同湿度条件下为了调查湿度的影响。然后,基于实验数据,构建灯丝供应和远程监控系统,维持一个稳定的灯丝供应环境使用相对湿度和温度传感器,照片断续器传感器和珀尔帖模块。

2。3 d打印对象的属性从PLA纤维暴露在不同的湿度环境

2.1。3 d打印对象的拉伸试验

本文进行拉伸试验测量的抗拉强度变化解放军3 d打印对象根据湿度水平。拉伸试验时决定了材料拉伸和多长时间仍然是完整的。我们实验的结果相比使用3 d打印对象的应力-应变曲线通过拉伸试验(9,10]。应力-应变曲线代表应力和应变之间的关系,以及材料有着独特的应力-应变曲线不管体积或尺寸。然而,如果解放军等材料暴露在湿度和应力-应变曲线的变化,这意味着中国人民解放军属性改变了由于湿度。

几个值需要获得应力-应变曲线,显示如下:

计长度和名义截面面积根据标本类型是静态值。

用于拉伸试验的试样是ASTM D638-03 IV型(11]。标距长度( )标本的25毫米,其标称截面 。

解放军700克白丝在1.75毫米用于拉伸试验获得Sindoh有限公司有限公司的比较实验,灯丝被暴露在相对湿度为30%,60%和90%在一个固定的温度40°C在四个小时的曝光时间。完成后立即暴露灯丝的湿度,3 d打印的对象是由ASTM D638-03 IV型标本。使用拉力试验机进行了拉伸试验,如图1,测试速度被设定为50毫米/分钟。

2.2。3 d打印对象的拉伸试验的结果

水平轴的图表数据2(一个),2 (b),2 (c)代表应变值,纵轴表示压力值在帕斯卡(MPa)。比较的图在图2基于相对湿度显示结果没有任何明显的屈服强度、极限强度的差异。然而,我们可以看到,颈缩区域的应变值,指节的极限强度,断裂点,在相对湿度而异。这表明多久每个标本顶住了压力,直到骨折发生在达到其极限强度。图2 (d)显示了一个比较颈缩区域的应变值为每个级别的湿度。测试结果如下所示。

第一,3 d打印的对象从纤维暴露在湿度30%倾向于显示常规值。的值60%湿度和90%相对湿度显示不规则分布,和平均应变值也观察到有一个较短的时期。从纤维相比,3 d打印对象暴露在湿度60%,湿度90%,3 d打印的对象从纤维暴露在湿度30%,颈缩区域的平均应变值相对较长,相对常规的应变值。另一方面,对于纤维暴露在湿度60%或90%,颈缩区域的长度是不均匀的,非常短或长柱头的混合区域,和颈缩区域的平均应变值很低。

结果,3 d打印的对象从PLA纤维暴露在高湿度更容易打破,平均,得到较少的制服。另一方面,它是发现,如果解放军暴露在湿度低,3 d打印对象的抗拉强度增加,它不容易被扯断,更均匀。

在各种研究使用3 d打印对象,其中抗拉强度的差异可能会产生错误。在这项研究中,一个灯丝供应系统与湿度控制功能开发补充PLA纤维的灵敏度高湿度,如上所述,和远程监控和控制系统实现的内部环境。

3所示。使用照片断续器灯丝供电监控系统

必须让用户知道丝更换的时间构成稳定的3 d打印机的研究环境。如果你不能够立即认出灯丝的疲惫,因此,让它在很长一段时间,条件,大量的时间资源浪费;如果3 d打印机停止在中间的印刷过程中,成品没有用户需要的质量。

一般来说,3 d印刷、一轴用于供应丝顺利。线轴是由一个圆柱体的形状与中央开放灯丝提供顺利而轴旋转。

一些公司使用智能芯片取代丝时通知用户。在这种情况下,智能芯片与灯丝线轴检查多少次线轴旋转,并通知用户剩余的灯丝,更换一次,根据数据。然而,由于使用的数量估计是基于测量旋转的数量,有时,尽管实际上是灯丝剩余,错误地认为是筋疲力尽。这种智能芯片是不方便,因为它需要替换为一个新的每次灯丝被替换。

为了解决这些问题,我们开发了一个监控系统,使得用户能够检查灯丝和股票的供给状态疲惫断续器实时通过照片。

灯丝电源监控装置建成使用照片断续器和穿孔线轴。照片断续承认灯丝线轴旋转,转每分钟的(RPM)值的线轴得到实时的基于传感器传输的数据,和值显示在一个基于gui的网络监控系统。因此,如果有一个问题灯丝供应3 d打印机,用户可以立即识别问题甚至通过网络连接从一个偏远的地方。

具体实现如下。照片断续器由一个发光元件的传输、光接收元件和彼此面临的两个部分是一致的,如图3。传输光做定期,当发射机和接收机之间没有对象,光接收机到达光电晶体管。它们之间有一个对象时,光不到达接收器。此时,照片断续器通过信号识别物体的存在表明光并没有到来。

供应丝平稳,如图4,灯丝供给系统包括两列安装灯丝的灯丝供应和一个旋转的中心轴上安装柱的轴可以旋转。照片断续器是安装在固定列的位置丝轴传递。

灯丝线轴定期穿孔边缘,如图5,孔形成每隔5度基于圈360度。(12,13]。当灯丝提供,轴旋转。这时,照片断续器定期识别孔放置。RPM计算使用穿孔线轴和照片断续器,和灯丝的时机替换由该方法监测。

RPM价值决定如下:

照片断续器读取的值0或1,和米尔斯函数作为Arduino参考用于确定的时间从一个洞到下一个14]。以来,米尔斯的值函数在毫秒,价值转化为单位秒除以1000。如果你价值乘以72,总数的洞,一个旋转所花费的时间。获得当前的转速值,上述获得的价值乘以60。的值可以通过比例公式所示(5),如果833.3333…,除以毫秒值获取所需的转速值。如果通过照片断续器转速值常量值,这意味着线轴继续旋转。在此基础上,它是判断,灯丝不断供应。旋转的变态(如罢工)表明,有一个问题。

这张照片断续器是由Arduino UNO基于ATmega328单片机。编程是使用Arduino进行集成开发环境(IDE) (15,16]。C / c++编程语言。通过AVR-GCC编译器编译程序,串行通信与覆盆子π3模型B被处死,这是作为服务器,通过USB串行端口。灯丝供电监控系统以这样一个方式实现,用户可以执行监控从基于gui的网络平台,用户可以快速识别和修复问题的情况。

4所示。监控和湿度控制在灯丝供应使用珀尔帖模块和相对湿度和温度传感器

4.1。监控内部环境

如前所述,湿度影响PLA长丝的特性和降解3 d打印对象的质量。出于这个原因,重要的是保持恒定的湿度在灯丝供应。

我们构建了一个系统,允许用户监控温度和湿度水平在灯丝提供使用DHT22传感器和控制湿度在灯丝供应使用珀尔帖模块。此外,该系统以这样一种方式实现的函数可以利用一个基于gui的Web平台通过覆盆子π服务器。

首先,DHT22传感器测量的温度和相对湿度在灯丝供应。DHT22传感器的湿度测量范围为0 - 100% RH和温度测量范围是-40到80°C。湿度测量误差±2% RH,温度测量误差±0.5°C。

Arduino UNO是用来从DHT22传感器得到的数据。Arduino UNO与DHT22传感器后,DHT库(Arduino库之一)用于从DHT22传感器得到的数据。根据数据表中的数据,由传感器测量值采取每6秒减少错误。

为了提供监控功能以用户友好的方式,将灯丝电源监控系统实现使用一个基于gui的网络平台。覆盆子π是用作服务器,并与Arduino UNO,使交换信息通过串行通信。前面描述的照片断续器也由以同样的方式。如图6照片断续器和DHT22传感器都是连接到Arduino UNO,并且每个Arduino UNO执行串行通信与覆盆子π。如图6灯丝电源监控系统,实现从每个传感器接收到的数据的基础上,随着灯丝电源监控系统集成到基于gui Web 3 d打印机监控系统中。这允许用户同时监控状态3 d打印机内部的室和灯丝供应在一个屏幕上。

4.2。湿度控制在灯丝供应

有两种方法可以减少在一个封闭空间的湿度水平。第一个方法是安装一个水分吸收器,第二是冷却空气中的水分和放电冷却水分外的封闭空间。首先是一个简单的方法,但它是不可能保持一个恒定的湿度水平,它需要定期更换的不便的除湿剂。如果我们使用第二种方法,可以保持一个特定的湿度和湿度自动控制水平。然而,可能有一些困难在实施它。

摘要湿度控制系统是用第二种方法实现。如前所述,3 d印刷需要很长时间,所以不方便定期替换除湿剂在印刷时间长。此外,有必要保持一个恒定的湿度水平以获得均匀的输出。因此,我们使用一个珀尔帖模块来实现湿度控制。

珀尔帖模块是一个电子模块使用珀尔帖效应[17- - - - - -19),这是一个现象,一边是激烈的,另一边是冷却,当电流通过两种材料之间的连接。一般来说,它是用于家用电器,如小冰箱,和由于没有驱动部分,没有噪音,除了冷却风扇的噪音。

湿度控制装置由一个冷却模块利用珀尔帖效应模块、电子电源,打开和关闭电源的继电器模块,和一个DHT22传感器(前面描述的)保持特定的湿度水平。

珀尔帖效应的冷却装置是由模块,散热器和冷却风扇。如图7散热器和冷却风扇放置在加热端珀尔帖效应的模块,这样可以有效地排出热量。冷却风扇的大小 和它的耗电量为70 W。电源,产品规格12 V, 6 a,并使用75 W,继电器模块,一个频道5 V模块使用。

DHT22传感器监控灯丝电源使用内部的温度和湿度湿度传感器传输的数据,同时,控制继电器的开/关功能模块使用湿度数据。如图8,如果当前的湿度水平传播DHT22传感器是55%,用户的期望的湿度水平是35%,继电器模块冷却模块将继续操作,直到湿度水平衡量DHT22传感器达到35%。如果除湿收益和湿度水平低于35%,继电器模块将关机和冷却模块是关闭的。控制湿度的功能包括在基于gui Web 3 d打印机和灯丝监测系统。

5。灯丝电源监控和湿度控制系统

图9显示了灯丝供应系统的整体外观。图9(e)表示的整个组成纤维供应。图9(一)是DHT22传感器安装在丝供应。图9(b)显示了安装柱内的灯丝线轴灯丝供应,和珀尔帖模块安装其冷端定位的内部供应设备。图9(c)电源安装在丝供应、热排放冷却模块与珀尔帖模块的一部分,控制电源的继电器模块根据内部相对湿度数据来自DHT22传感器,和Arduino UNO。图9(d)照片断续器安装,根据轴的孔的位置,和传感器检测到的数据传播的覆盆子π通过Arduino UNO连接到传感器。图9(f)是一种冷却装置,由热侧的珀尔帖模块结合高效的热排放的散热器,冷却加热和冷却风扇一半。当继电器模块、电力供应冷却装置和珀尔帖模块。图9(e)的概述灯丝供应系统在本文开发的,它显示了覆盆子组件(如π充当服务器,一个Arduino UNO连接到照片断续器,DHT22传感器、继电器模块连接到Arduino UNO。

图10是让用户监控屏幕里面的3 d打印机室和灯丝的供应,并与基于gui的Web-integrated控制湿度监测系统可用性(12]。使用的服务器框架是Python瓶(20.]。通过传感器获得的数据显示在屏幕上中心,这样用户可以执行实时监控。如果你输入所需的湿度值输入空间的湿度控制,点击设置按钮,湿度自动控制达到设置的水平。因为这个系统是除了现有的系统开发基于Web环境中,它可以在任何地方使用它可以访问互联网。

6。结果与讨论

6.1。灯丝电源监控和测量湿度控制系统的性能

为了测量湿度控制系统的性能,我们做了一个实验来比较其性能与一般的安装类型除湿剂。为此,一般使用除湿剂使用氯化钙,及其对吸湿性的规范是570毫升。实验开始在一个室内环境湿度约55%的水平,和所需的时间达到目标用户设定的湿度水平的35%相比。湿度水平每六秒测量一次使用DHT22传感器安装在灯丝供应系统,结果如图11推导出基于测量数据。

首先,比较实验结果表明,该时间达到目标用户设定的湿度水平短当使用珀尔帖效应的湿度控制系统模块使用,相比传统的除湿剂使用。花费的时间达到35%的相对湿度约27分钟珀尔帖模块时使用,约91分钟时使用除湿剂。

此外,当使用湿度控制系统时,系统的操作后暂停用户设定的湿度水平(35%),为了保持目标湿度。另一方面,如果使用一个安装除湿剂,湿度不能保持在理想的水平,所以它不断降低湿度水平。此外,如图12安装除湿剂的情况下,如果湿度量超过最大除湿能力的产品一段时间后,除湿剂的除湿性能降低,因此,它不履行湿度控制。出于这个原因,定期更换除湿剂是至关重要的,当湿度控制执行使用除湿剂。

使用湿度控制系统利用珀尔帖效应模块,远程用户可以设置所需的湿度水平和保持它在任何高相对湿度,所以更加可靠和稳定的环境构成一个实验环境中可以构造。此外,湿度控制可以执行远程利用上述基于gui的网络平台监控系统集成,由于湿度控制是自动执行的一个电力系统无需手动更换除湿剂。

7所示。结论

在本文中,我们研究在一个边缘计算灯丝电源监控和湿度控制系统,使用户能够监视的供应状态灯丝材料以及3 d打印机,保持filament-supplying环境的湿度水平不变的环境中进行3 d打印技术研究。

首先,我们分析了湿度对解放军的影响,这是最常用的材料之一,3 d打印技术,基于拉伸试验得到的应力-应变曲线。拉伸试验的结果,我们发现,当暴露在高湿度,解放军3 d打印对象的平均应变值下降,柱头地区和应变值变得不那么一致。为了解决这个问题,我们开发了一个灯丝供应系统,可以维持一个恒定的湿度水平在灯丝供应使用珀尔帖模块。

此外,3 d印刷过程需要很长时间,需要远程监控。因此,我们实现了一个基于gui的灯丝供应网络监控系统。这个系统监控温度、相对湿度和供应长丝纤维的供应系统,并提供根据用户的设定湿度自动控制。

为了测量灯丝湿度控制设备的性能,进行了比较实验与钙chloride-based除湿剂一般用于除去水分。结果,我们发现一个灯丝湿度控制系统使用珀尔帖模块降低灯丝电源内部的相对湿度约为3.37倍,相对于一般的除湿剂。此外,在可用性方面,由于不需要定期更换,可以保持一个恒定的湿度水平,发达湿度控制系统是更有用的。

这条边计算系统将有助于研究人员和用户获得更均匀和准确的3 d打印的对象从3 d打印机使用PLA长丝,从而实现一个可靠的环境研究和产品制造使用3 d打印机。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果还没有被批准,因为基金机构的政策。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了MSIT(科技部和ICT),韩国,在期(信息技术研究中心)支持程序(IITP - 2017 - 0 - 01642)监督的IITP(信息与通信技术促进研究所)。

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