本發(fā)明涉及流體測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種基于增材制造的氣流探針制作方法。

背景技術(shù)：

氣流探針廣泛應(yīng)用于流體測量領(lǐng)域，根據(jù)探針形式的不同，可獲得被測位置的不同參數(shù)，如皮托管可測量當?shù)貋砹骺倝骸㈧o壓及速度值；五孔探針則可獲得當?shù)貋砹骺倝?、靜壓及速度三分量，來流速度方向測量范圍約±40°；七孔探針同樣可獲得當?shù)貋砹骺倝?、靜壓及速度三分量，但來流速度方向測量范圍可達±70°?？傮w上講，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的探針可獲得更大范圍的來流參數(shù)。同時，在氣流探針設(shè)計中，往往希望探針尺寸最小化，以減小對來流流動的干擾，提高測量精度。目前廣泛應(yīng)用的七孔探針錐形探頭直徑在6mm左右。

傳統(tǒng)氣流探針(如七孔探針)的制造方法基于機械加工，主要難點在于錐形探頭、氣流導管以及探針主體之間焊接精度的保證。焊接精度直接影響氣流探針后期的測量精度和測量范圍，因此氣流探針的機械制造常常出現(xiàn)失敗的情況。這導致了氣流探針制作困難、成本高且供應(yīng)商少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，針對氣流探針尺寸小、強度要求低的特點，本發(fā)明旨在提供一種基于增材制造的氣流探針制作方法，可有效避免精密焊接技術(shù)問題，降低氣流探針加工制造的難度，降低氣流探針的制作成本，同時大幅降低制造成本與周期，方便應(yīng)用于各種形式、各種形狀的氣流探針制作。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

一種基于增材制造的氣流探針制作方法，所述氣流探針包括探針前體、探針后體和氣流導管，其中，所述探針前體采用增材制造方法，所述探針后體和氣流導管根據(jù)實際需求選用相應(yīng)管材，其目的是可更大程度降低成本，同時可提高氣流探針整體強度。其特征在于，所述氣流探針制作方法，包括如下步驟：

SS1.探針前體建模

所述探針前體，包括主體前端、主體末端、氣流孔和安裝孔，其中，

所述主體前端與主體末端外形輪廓尺寸根據(jù)使用需求確定，

所述氣流孔沿長度方向貫穿所述探針前體，其貫穿路徑保持曲率連續(xù)，氣流孔個數(shù)由氣流探針形式確定，

所述安裝孔位于所述主體末端，用于連接所述探針后體，

根據(jù)確定的設(shè)計尺寸對所述探針前體3D建模，分別對所述主體前端、主體末端、氣流孔和安裝孔進行3D建模，并輸出3D打印圖紙格式文件。

本步驟中，氣流孔貫穿路徑保持曲率連續(xù)的目的是使氣流壓力連續(xù)導出，同時增材制造工藝會在氣流孔中殘留部分支撐輔材，氣流孔貫穿路徑保持曲率連續(xù)有助于支撐輔材的清理。

SS2.增材制造及支撐輔材清理

所述探針前體結(jié)構(gòu)的特殊性在于探針前體為細長物體，而且內(nèi)部貫穿有氣流孔，而增材制造技術(shù)無法直接制造內(nèi)部含有孔的結(jié)構(gòu)體，為此內(nèi)部氣流孔在增材制造中需采用支撐輔材填充，其中，主體材料可用ABS樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene)，支撐輔材選用水溶性高分子材料，如聚乙烯醇(PVA，Polyvinyl alcohol)。

根據(jù)所述探針前體3D建模數(shù)據(jù)及所選材料進行增材制造程序編譯，完成增材制造過程后，探針前體氣流孔中充滿了支撐輔材，需將探針前體浸泡在堿性溶液里，該目的是利用支撐輔材溶于堿性溶液，而主體材料則與堿性溶液不相溶的特點，將支撐輔材軟化，進一步采用小于氣流孔直徑的細金屬絲將溶解的支撐輔材逐漸清除，直到氣流孔完全貫通。

SS3.氣流探針裝配

首先將氣流導管與探針前體密封連接，并使氣流孔連續(xù)過渡，用于將所述探針前體中氣流孔中的壓力導出，

其次將探針后體與探針前體通過安裝孔裝配連接。

進一步地，所述氣流探針制作方法還進一步包括如下步驟：

SS4.氣流探針標定

將氣流探針安裝于標定裝置，改變來流角度和來流速度，測量所述氣流導管引出的壓力，進而通過標定算法計算標定矩陣。

優(yōu)選地，步驟SS1中，所述氣流孔的末端設(shè)計為臺階孔，使所述氣流導管伸入氣流孔末端后，所述探針前體氣流孔與所述氣流導管內(nèi)孔可連續(xù)過渡。

進一步地，所述臺階孔靠近主體末端的一側(cè)其內(nèi)徑大于靠近主體前端一側(cè)的內(nèi)徑。

優(yōu)選地，所述氣流孔的末端設(shè)計為伸出端子，伸出端子外徑略大于所述氣流導管內(nèi)徑，使所述氣流導管與伸出端子連接時利用彈性張力保證密封性。

優(yōu)選地，所述主體前端和主體末端之間具有一定夾角。

優(yōu)選地，所述探針前體設(shè)置有至少一個沿其長度方向布置的氣流孔。

優(yōu)選地，使用碳酸氫鈉溶液浸泡探針前體，以清除殘留在氣流孔中的支撐輔材。

優(yōu)選地，氣流導管與探針前體密封連接時，首先將氣流導管分別伸入各氣流孔中，并使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑對氣流導管和氣流孔進行固定和密封。

優(yōu)選地，所述探針后體與探針前體通過安裝孔采用銷柱裝配連接。

優(yōu)選地，使用光敏樹脂增材制造探針前體。

通過以上技術(shù)方案可知，同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對氣流探針尺寸小、強度要求低的特點，并結(jié)合增材制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的便利性優(yōu)點，提出基于增材制造的氣流探針制作方法，可有效避免精密焊接技術(shù)問題，降低氣流探針加工制造的難度，降低氣流探針的制作成本，同時大幅降低制造成本與周期，方便應(yīng)用于各種形式、各種形狀的氣流探針制作。

附圖說明

圖1氣流探針結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2探針前體結(jié)構(gòu)一示意圖；

圖3探針前體結(jié)構(gòu)二示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明目的、技術(shù)方案更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，以下所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護范圍。

實例氣流探針形式為七孔探針，形狀為折線型，如圖1所示，氣流探針包括探針前體1、氣流導管2和探針后體3三部分，探針前體與探針后體夾角20°。其中探針前體采用增材制造方法，材料為光敏樹脂，探針后體3選用外徑12mm、內(nèi)徑10mm管材，氣流導管2選用外徑1mm、內(nèi)徑0.8mm金屬毛細管材。氣流探針制作方法包括探針前體建模，增材制造及支撐輔材清理，氣流探針裝配，氣流探針標定四個步驟。

1.探針前體建模

探針前體1，包括主體前端1.1、主體末端1.2、氣流孔1.3、安裝孔1.4四部分，如圖2、3所示，主體前端1.1直徑6mm，主體末端1.2直徑10mm并與探針后體3通過安裝孔1.4裝配固定，七個氣流孔1.3沿長度方向貫穿探針前體1，氣流孔1.3末端設(shè)計為臺階孔，內(nèi)徑分別為0.8mm和1mm，當氣流導管2伸入氣流孔1.3末端后，探針前體氣流孔1.3與氣流導管2內(nèi)孔可連續(xù)過渡。由以上設(shè)計尺寸在三維實體建模軟件CATIA中對主體前端1.1、主體末端1.2、氣流孔1.3、安裝孔1.4四部分實體建模，并輸出3D打印圖紙格式文件。

2.增材制造及支撐輔材清理

根據(jù)3D打印圖紙完成增材制造過程，支撐輔材在探針前體1的增材制造過程中殘留在氣流孔1.3中，使用碳酸氫鈉溶液浸泡探針前體1，同時使用內(nèi)徑0.4mm細金屬絲將溶解的支撐輔材逐漸清除，直到氣流孔1.3完全貫通。

3.氣流探針裝配

氣流探針裝配包括探針前體1、探針后體3和氣流導管2三部分的裝配連接，首先將七只氣流導管2分別伸入探針前體1的七個氣流孔1.3中，并使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑對氣流導管2和氣流孔1.3的連接進行固定和密封，其次將探針后體3與探針前體1通過安裝孔1.4采用銷柱裝配連接。

4.氣流探針標定

氣流探針標定與傳統(tǒng)機械制造氣流探針標定方法一致，即將氣流探針安裝于標定裝置，改變角度和來流速度，測量所述氣流導管引出的壓力，進而通過標定算法計算標定矩陣。

通過上述實施例，完全有效地實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解以上所述僅為本發(fā)明的一個實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的思路和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。