CN104723561A - 小型三维合成材料成型机及其成型温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型三维合成材料成型机，包括成型机机体和成型控制器，成型机机体包括料架、挤出机、成型平台、水平面运动机构、竖直面运动机构和支撑搭载机构；水平面运动机构包括水平固定盒和Y轴运动机构；竖直面运动机构包括X轴运动机构和Z轴运动机构；挤出机包括挤料电机、热喷头和降温风扇；成型控制器包括微控制器模块、供电电源、按键电路、温度检测电路、液晶显示电路模块、热喷头驱动电路、X轴电机驱动电路、Y轴电机驱动电路、Z轴电机驱动电路和挤料电机驱动电路；本发明还公开了一种小型三维合成材料成型机的成型温度控制方法。本发明操作方便，可扩展性强，生产成本低，成型效率和质量高，实用性强，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于快速成型技术领域，具体涉及一种小型三维合成材料成型机及其成型温度控制方法。
背景技术
三维成型(3D molding)，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用橡胶、树脂或塑料等可粘合材料，通过逐层积累的方式来构造物体的技术。1991年美国麻省理工学院的CimaM.J.和Scans E.M.等人就申请了关于三维成型的专利，而后基于这个专利设计研究的三维成型系统采用的是惠普热气泡喷头，可以喷射粘接材料使粉末粘接成型，其工作原理与传统的喷墨成型过程相近，是一种以液滴喷射原理为基础的快速成形技术。现在的三维成型技术是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件切片分层和数控成型系统，利用热熔喷嘴将金属粉末、橡胶树脂、陶瓷粉末、塑料、新型合成材料等特殊材料进行逐层黏结叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，三维成型将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。但是，现有技术中的小型三维合成材料成型机正处于研发阶段，传统的三维成型系统的结构复杂，实现成本高，占用空间大，携带不方便，使用不方便；而且，现有技术中的三维成型系统多采用一个小型的、意大利制造的开源微控制器即ardiuno板作为成型机控制电路的硬件平台；还有采用Motorola公司的68000控制板、MCS-51系列单片机、MSP430单片机、80C196单片机等作为成型机的主控制器的，现有技术中的控制器具有可扩展性差、执行效率低、性能差、成本高，通用性差等缺陷和不足；另外，现有技术中的三维成型系统对于成型温度的控制还没有一套方法步骤简单、实现方便且实时性高的控制方法，成型温度控制不够好，就影响到了成型的质量和效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种小型三维合成材料成型机，其结构简单紧凑，携带方便，操作方便，可扩展性强，生产成本低，能够在成型过程中完成对成型材料和成型机构的一体监督，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种小型三维合成材料成型机，其特征在于：包括成型机机体和成型控制器，所述成型机机体包括用于搭载合成材料的料架、挤出机、成型平台、水平面运动机构和H型的竖直面运动机构，以及用于支撑搭载料架、所述水平面运动机构和所述竖直面运动机构的支撑搭载机构；所述水平面运动机构包括水平固定盒和用于带动成型平台在水平面上沿Y轴方向运动的Y轴运动机构，所述Y轴运动机构安装在水平固定盒上，所述成型平台安装在所述Y轴运动机构上，所述Y轴运动机构包括Y轴电机；所述竖直面运动机构包括在竖直面上水平设置的用于带动所述挤出机在竖直面上沿X轴方向运动的X轴运动机构和在竖直面上竖直设置的用于带动所述挤出机在竖直面上沿Z轴方向运动的Z轴运动机构，所述X轴运动机构安装在所述Z轴运动机构上，所述挤出机安装在所述X轴运动机构上，所述X轴运动机构包括X轴电机，所述Z轴运动机构包括两个Z轴电机；所述成型平台设置在所述挤出机的下方，所述挤出机包括挤料电机、热喷头和位于热喷头一侧的降温风扇，所述热喷头竖直向下设置；所述成型控制器包括微控制器模块和为所述成型控制器中各用电模块供电的供电电源，所述微控制器模块的输入端接有按键电路和用于对热喷头的成型温度进行实时检测的温度检测电路，所述降温风扇与微控制器模块的输出端相接，所述微控制器模块的输出端还接有液晶显示电路模块和热喷头驱动电路，以及用于驱动X轴电机的X轴电机驱动电路、用于驱动Y轴电机的Y轴电机驱动电路、用于驱动两个Z轴电机的Z轴电机驱动电路和用于驱动挤料电机的挤料电机驱动电路。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述支撑搭载机构包括门字型的支撑主体架、从支撑主体架前端上部向左右两侧延伸形成的两个支撑耳和从支撑主体架后端左右两侧向后延伸形成的两个支撑翅；所述料架包括两端分别与两个支撑翅上部固定连接的料架轴和转动连接在料架轴上且用于缠绕合成材料的卷料筒。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述水平固定盒与支撑主体架的下部内侧壁固定连接，所述Y轴运动机构包括安装在水平固定盒上且相互间隔设置的两根Y轴导轨和设置在水平固定盒内一端的Y轴同步带导轮，所述Y轴电机设置在水平固定盒内另一端，所述Y轴电机和Y轴同步带导轮均位于两根Y轴导轨之间，所述Y轴电机的输出轴上连接有Y轴电机同步轮，所述Y轴电机同步轮和Y轴同步带导轮上连接有Y轴同步带；所述成型平台的底面几何中心位置处与Y轴同步带固定连接，所述成型平台的底面与两根Y轴导轨的顶面滑动接触；所述Z轴运动机构包括在竖直面上竖直设置的两根Z轴丝杠和分别位于两根Z轴丝杠旁侧的两根Z轴导轨，两个所述Z轴电机分别设置在两根Z轴丝杠下方，两根Z轴丝杠分别位于支撑主体架的左右两侧且分别向上穿出到两个支撑耳上部，两根Z轴导轨的一端分别向上穿出到两个支撑耳上部且分别与两个支撑耳固定连接，两根Z轴导轨的另一端分别与两个Z轴电机的壳体固定连接，两根Z轴丝杠的底部分别与两个Z轴电机的输出轴固定连接，两个Z轴电机分别与水平固定盒Y轴方向的左右两侧中间位置处固定连接，两根所述Z轴丝杠上均螺纹连接有套装在Z轴导轨上且与Z轴导轨滑动接触的Z轴滑动座；所述X轴运动机构包括在竖直面上水平设置且上下间隔设置的两根X轴导轨和安装在两个Z轴滑动座中的其中一个内侧的X轴同步带导轮，所述X轴电机安装在两个Z轴滑动座中的另一个外侧，两根X轴导轨的两端均分别与两个Z轴滑动座固定连接，所述X轴电机和X轴同步带导轮均位于两根X轴导轨之间，所述X轴电机的输出轴上连接有X轴电机同步轮，所述X轴电机同步轮和X轴同步带导轮上连接有X轴同步带，所述X轴同步带上固定连接有套装在两根X轴导轨上且与X轴导轨滑动接触的X轴滑动支座，所述挤出机安装在X轴滑动支座上。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述热喷头、挤料电机和降温风扇均安装在X轴滑动支座上，所述挤料电机和降温风扇分别位于热喷头的两侧，所述挤料电机的输出轴上连接有挤料电机同步轮，所述合成材料的一端伸入挤料电机同步轮与X轴滑动支座之间的间隙内且位于热喷头的正上方。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述微控制器模块包括ARM微控制器芯片STM32F103VET、晶振电路和复位电路，所述晶振电路由晶振Y1和晶振Y2，以及非极性电容C1、非极性电容C2、非极性电容C4和非极性电容C5组成；所述非极性电容C1的一端和晶振Y1的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第8引脚相接，所述非极性电容C2的一端和晶振Y1的另一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第9引脚相接，所述非极性电容C4的一端和晶振Y2的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第12引脚相接，所述非极性电容C5的一端和晶振Y2的另一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第13引脚相接，所述非极性电容C1的另一端、非极性电容C2的另一端、非极性电容C4的另一端和非极性电容C5的另一端均接地；所述复位电路由非极性电容C6和复位按键K1组成，所述非极性电容C6的一端和复位按键K1的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第14引脚相接，所述非极性电容C6的另一端和复位按键K1的另一端均接地；所述降温风扇的电源正极与微控制器模块的第69引脚相接，所述降温风扇的电源负极接地。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述按键电路包括启动按键K2、停止按键K3和急停按键K4，所述启动按键K2的一端、停止按键K3的一端和急停按键K4的一端分别与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第15引脚、第16引脚和第17引脚相接，所述启动按键K2的另一端、停止按键K3的另一端和急停按键K4的另一端均接地；
所述温度检测电路包括热敏电阻Rt、电阻R19和极性电容C13，所述电阻R19的一端、极性电容C13的负极和热敏电阻Rt的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第33引脚相接，所述电阻R19的另一端与供电电源的+5V电压输出端相接，所述热敏电阻Rt的另一端和极性电容C13的正极均接地。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述热喷头驱动电路包括型号为PC817的光耦隔离芯片U9，所述光耦隔离芯片U9的第1引脚与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第70引脚相接，所述光耦隔离芯片U9的第2引脚通过电阻R20接地，所述光耦隔离芯片U9的第3引脚与供电电源的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U9的第4引脚通过串联的电阻R21和电阻R22接地，所述热喷头的电源正极与电阻R21和电阻R22的连接端相接，所述热喷头的电源负极接地；
所述液晶显示电路模块由液晶显示屏LCD1602和电位器R18组成，所述液晶显示屏LCD1602的第2引脚和第15引脚以及电位器R18的一个固定端均与供电电源的+5V电压输出端相接，所述液晶显示屏LCD1602的第1引脚和第16引脚以及电位器R18的另一个固定端均接地，所述液晶显示屏LCD1602的第3引脚与电位器R18的滑动端相接，所述液晶显示屏LCD1602的第4～14引脚依次对应与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第35～45引脚相接。
上述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述X轴电机为两相四线制步进电机M1，所述X轴电机驱动电路包括型号为A4988的电机驱动芯片D2以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U1和光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U1的第1引脚通过电阻R2与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第90引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R4与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第91引脚相接，所述光耦隔离芯片U1的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U2的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U1的第3引脚通过电阻R3与供电电源的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U2的第3引脚通过电阻R5与供电电源的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D2的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D2的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第7引脚与所述光耦隔离芯片U1的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第8引脚与所述光耦隔离芯片U2的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第10引脚与供电电源的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D2的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M1的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D2的第16引脚与供电电源的+30V电压输出端相接；
所述Y轴电机为两相四线制步进电机M2，所述Y轴电机驱动电路包括型号为A4988的电机驱动芯片D3以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U3和光耦隔离芯片U4，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R6与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第92引脚相接，所述光耦隔离芯片U4的第1引脚通过电阻R8与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第93引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U4的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U3的第3引脚通过电阻R7与供电电源的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U4的第3引脚通过电阻R9与供电电源的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D3的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D3的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第7引脚与所述光耦隔离芯片U3的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第8引脚与所述光耦隔离芯片U4的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第10引脚与供电电源的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D3的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M2的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D3的第16引脚与供电电源的+30V电压输出端相接；
两个所述Z轴电机分别为两相四线制步进电机M4和两相四线制步进电机M5，所述Z轴电机驱动电路包括型号为A4988的电机驱动芯片D5以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U7和光耦隔离芯片U8，所述光耦隔离芯片U7的第1引脚通过电阻R14与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第71引脚相接，所述光耦隔离芯片U8的第1引脚通过电阻R16与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第72引脚相接，所述光耦隔离芯片U7的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U8的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U7的第3引脚通过电阻R15与供电电源的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U8的第3引脚通过电阻R17与供电电源的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D5的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D5的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第7引脚与所述光耦隔离芯片U7的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第8引脚与所述光耦隔离芯片U8的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第10引脚与供电电源的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D5的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M4的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述两相四线制步进电机M5的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端依次对应与所述两相四线制步进电机M4的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D5的第16引脚与供电电源的+30V电压输出端相接；
所述挤料电机为两相四线制步进电机M3，所述挤料电机驱动电路包括型号为A4988的电机驱动芯片D4以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U5和光耦隔离芯片U6，所述光耦隔离芯片U5的第1引脚通过电阻R10与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第95引脚相接，所述光耦隔离芯片U6的第1引脚通过电阻R12与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第96引脚相接，所述光耦隔离芯片U5的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U6的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U5的第3引脚通过电阻R11与供电电源的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U6的第3引脚通过电阻R13与供电电源的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D4的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D4的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第7引脚与所述光耦隔离芯片U5的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第8引脚与所述光耦隔离芯片U6的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第10引脚与供电电源的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D4的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M3的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D4的第16引脚与供电电源的+30V电压输出端相接。
本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便且实时性高、能够提高成型的质量和效率的小型三维合成材料成型机的成型温度控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、成型温度控制及检测：所述微控制器模块通过热喷头驱动电路将加热电压Ur加载在热喷头上，热喷头发热并对待成型材料进行融化，融化后的待成型材料滴落在成型平台成型；同时，温度检测电路对热喷头的成型温度进行实时检测并将检测到的成型温度信号实时输出给微控制器模块；
步骤二、成型温度检测值与最佳成型温度比对：微控制器模块对其接收到的成型温度信号进行分析处理，得到成型温度检测值T并将成型温度检测值T与最佳成型温度相比对，得到成型温度检测值T与最佳成型温度的差值
步骤三、微控制器模块根据以下的基于专家系统的插补补偿策略对成型温度进行调节：
当ΔT>5℃时，微控制器模块持续通过热喷头驱动电路将加热电压Ur加载在热喷头上，微控制器模块不加载降温电压给降温风扇；其中，加热电压Ur的取值范围为5V～12V；
当ΔT≤5℃时，微控制器模块开始加载降温电压给降温风扇；且当0℃<ΔT≤5℃时，微控制器模块将通过热喷头驱动电路加载在热喷头上的加热电压Ur增大λ·ΔUr后加载在热喷头上，同时，微控制器模块将加载在降温风扇上的降温电压Uf减小λ·ΔUf后加载在降温风扇上；当-5℃<ΔT≤0℃时，微控制器模块将通过热喷头驱动电路加载在热喷头上的加热电压Ur减小λ·ΔUr后加载在热喷头上，同时，微控制器模块加载在降温风扇上的降温电压Uf增大λ·ΔUf后加载在降温风扇上；其中，加热电压Ur的取值范围为5V～12V，ΔUr为加热电压Ur的变化量且ΔUr的取值为0.7|ΔT|，降温电压Uf的取值范围为3.5V～5V，ΔUf为降温电压Uf的变化量且ΔUf的取值为0.2|ΔT|，λ为加热电压Ur和降温电压Uf的变化速率系数且λ的取值范围为0～1.2，λ的取值方法为：|ΔT|的值越大，λ的取值越大。
上述的方法，其特征在于：所述λ的取值方法为：
当3℃<|ΔT|≤5℃时，取λ＝1.2；
当1℃<|ΔT|≤3℃时，取λ＝0.8；
当0℃<|ΔT|≤1℃时，取λ＝0.5；
当|ΔT|＝0℃时，取λ＝0。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明小型三维合成材料成型机的结构简单紧凑，体积小，携带方便，能够放置在桌面上使用，操作方便。
2、本发明小型三维合成材料成型机使用了多种标准零件来提高成型精度，如导轨、丝杠、电机同步轮等零件的使用；设计出了多种不需要开模具等复杂加工方式的机械构件，只需要普通加工或简单加工即可直接使用，如：X轴滑动支座、Z轴滑动座、水平固定盒等机械构件的使用，提高了成型精度的同时降低了机械生产的成本。
3、本发明小型三维合成材料成型机使用了成型材料与成型机构合并一体的设计方案，直接将料架设置在支撑搭载机构上，设计新颖合理，便于整体移动，且在成型过程中，能够实现对成型材料和成型机构的一体监督，节省了人力，且有助于提高成型效率。
4、本发明小型三维合成材料成型机中的成型控制器采用了模块化的设计，根据功能不同进行模块划分，布局合理，层次分明，便于组装、电路连接以及故障排查，且可扩展性强。
5、本发明小型三维合成材料成型机中的成型控制器采用ARM微控制器芯片STM32F103VET作为主控芯片，具有成本低、可扩展性强、执行效率高和高性能等优点，成型控制器的实现方便且成本低。
6、本发明的成型温度控制方法的方法步骤简单、实现方便且实时性高，通过采用基于专家系统的插补补偿策略对成型温度进行调节，来改善热喷头在最佳成型温度附近的温控动态特性，能够提高成型的质量和效率。
7、本发明能够实现合成材料的成型，采用熔点温度较低的生物降解合成材料，能够制造出出长、宽、高在150mm之内的多种形状的产品，能够作为工业和军事领域小型产品加工、高精度零件生产等教学实验或研究的平台，对人们的生产生活有着非常重要的意义，实用性强，便于推广使用。
综上所述，本发明携带方便，操作方便，可扩展性强，生产成本低，能够在成型过程中完成对成型材料和成型机构的一体监督，成型效率和质量高，实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明成型机机体的整体结构示意图。
图2为本发明料架和支撑搭载机构的连接关系示意图。
图3为本发明成型平台和水平面运动机构的连接关系示意图。
图4为本发明竖直面运动机构的结构示意图。
图5为本发明挤出机与X轴滑动支座的连接关系示意图。
图6为本发明成型控制器的电路原理框图。
图7为本发明微控制器模块的电路原理图。
图8为本发明按键电路的电路原理图。
图9为本发明温度检测电路的电路原理图。
图10为本发明热喷头驱动电路的电路原理图。
图11为本发明液晶显示电路模块的电路原理图。
图12为本发明X轴电机驱动电路的电路原理图。
图13为本发明Y轴电机驱动电路的电路原理图。
图14为本发明Z轴电机驱动电路的电路原理图。
图15为本发明挤料电机驱动电路的电路原理图。
图16为本发明小型三维合成材料成型机的成型温度控制方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—水平固定盒； 2—Y轴同步带导轮； 3—Y轴同步带；
4—Y轴导轨； 5—成型平台； 6—Y轴电机；
7—Y轴电机同步轮； 8—Z轴电机； 9—Z轴丝杠；
10—Z轴导轨； 11—X轴电机同步轮； 12—X轴电机；
13—X轴同步带； 14—Z轴滑动座； 15—X轴同步带导轮；
16—X轴导轨； 17—挤料电机同步轮； 18—挤料电机；
19—X轴滑动支座； 20—热喷头； 21—支撑耳；
22—支撑翅； 23—料架； 23-1—料架轴；
23-2—卷料筒； 24—支撑主体架； 25—降温风扇；
26—微控制器模块； 27—供电电源； 28—按键电路；
29—液晶显示电路模块； 30—热喷头驱动电路；
31—X轴电机驱动电路； 32—Y轴电机驱动电路； 33—Z轴电机驱动电路；
34—挤料电机驱动电路； 35—温度检测电路； 36—合成材料。
具体实施方式
如图1～图5所示，本发明的小型三维合成材料成型机，包括成型机机体和成型控制器，所述成型机机体包括用于搭载合成材料36的料架23、挤出机、成型平台5、水平面运动机构和H型的竖直面运动机构，以及用于支撑搭载料架23、所述水平面运动机构和所述竖直面运动机构的支撑搭载机构；所述水平面运动机构包括水平固定盒1和用于带动成型平台5在水平面上沿Y轴方向运动的Y轴运动机构，所述Y轴运动机构安装在水平固定盒1上，所述成型平台5安装在所述Y轴运动机构上，所述Y轴运动机构包括Y轴电机6；所述竖直面运动机构包括在竖直面上水平设置的用于带动所述挤出机在竖直面上沿X轴方向运动的X轴运动机构和在竖直面上竖直设置的用于带动所述挤出机在竖直面上沿Z轴方向运动的Z轴运动机构，所述X轴运动机构安装在所述Z轴运动机构上，所述挤出机安装在所述X轴运动机构上，所述X轴运动机构包括X轴电机12，所述Z轴运动机构包括两个Z轴电机8；所述成型平台5设置在所述挤出机的下方，所述挤出机包括挤料电机18、热喷头20和位于热喷头20一侧的降温风扇25，所述热喷头20竖直向下设置；如图6所示，所述成型控制器包括微控制器模块26和为所述成型控制器中各用电模块供电的供电电源27，所述微控制器模块26的输入端接有按键电路28和用于对热喷头20的成型温度进行实时检测的温度检测电路35，所述降温风扇25与微控制器模块26的输出端相接，所述微控制器模块26的输出端还接有液晶显示电路模块29和热喷头驱动电路30，以及用于驱动X轴电机12的X轴电机驱动电路31、用于驱动Y轴电机6的Y轴电机驱动电路32、用于驱动两个Z轴电机8的Z轴电机驱动电路33和用于驱动挤料电机18的挤料电机驱动电路34。
如图2所示，本实施例中，所述支撑搭载机构包括门字型的支撑主体架24、从支撑主体架24前端上部向左右两侧延伸形成的两个支撑耳21和从支撑主体架24后端左右两侧向后延伸形成的两个支撑翅22；所述料架23包括两端分别与两个支撑翅22上部固定连接的料架轴23-1和转动连接在料架轴23-1上且用于缠绕合成材料36的卷料筒23-2。
本实施例中，如图3所示，所述水平固定盒1与支撑主体架24的下部内侧壁固定连接，所述Y轴运动机构包括安装在水平固定盒1上且相互间隔设置的两根Y轴导轨4和设置在水平固定盒1内一端的Y轴同步带导轮2，所述Y轴电机6设置在水平固定盒1内另一端，所述Y轴电机6和Y轴同步带导轮2均位于两根Y轴导轨4之间，所述Y轴电机6的输出轴上连接有Y轴电机同步轮7，所述Y轴电机同步轮7和Y轴同步带导轮2上连接有Y轴同步带3；所述成型平台5的底面几何中心位置处与Y轴同步带3固定连接，所述成型平台5的底面与两根Y轴导轨4的顶面滑动接触；如图4所示，所述Z轴运动机构包括在竖直面上竖直设置的两根Z轴丝杠9和分别位于两根Z轴丝杠9旁侧的两根Z轴导轨10，两个所述Z轴电机8分别设置在两根Z轴丝杠9下方，两根Z轴丝杠9分别位于支撑主体架24的左右两侧且分别向上穿出到两个支撑耳21上部，两根Z轴导轨10的一端分别向上穿出到两个支撑耳21上部且分别与两个支撑耳21固定连接，两根Z轴导轨10的另一端分别与两个Z轴电机8的壳体固定连接，两根Z轴丝杠9的底部分别与两个Z轴电机8的输出轴固定连接，两个Z轴电机8分别与水平固定盒1Y轴方向的左右两侧中间位置处固定连接，两根所述Z轴丝杠9上均螺纹连接有套装在Z轴导轨10上且与Z轴导轨10滑动接触的Z轴滑动座14；所述X轴运动机构包括在竖直面上水平设置且上下间隔设置的两根X轴导轨16和安装在两个Z轴滑动座14中的其中一个内侧的X轴同步带导轮15，所述X轴电机12安装在两个Z轴滑动座14中的另一个外侧，两根X轴导轨16的两端均分别与两个Z轴滑动座14固定连接，所述X轴电机12和X轴同步带导轮15均位于两根X轴导轨16之间，所述X轴电机12的输出轴上连接有X轴电机同步轮11，所述X轴电机同步轮11和X轴同步带导轮15上连接有X轴同步带13，所述X轴同步带13上固定连接有套装在两根X轴导轨16上且与X轴导轨16滑动接触的X轴滑动支座19，所述挤出机安装在X轴滑动支座19上。所述Y轴运动机构的工作原理为：Y轴电机6旋转时，带动Y轴电机同步轮7旋转，Y轴电机同步轮7带动Y轴同步带3在Y轴电机同步轮7和Y轴同步带导轮2上旋转，Y轴同步带3带动成型平台5在Y轴导轨4的导向作用下在水平面上沿Y轴方向运动。所述Z轴运动机构的工作原理为：Z轴电机8旋转时，带动Z轴丝杠9旋转，Z轴丝杠9旋转时，Z轴滑动座14在Z轴导轨10的导向作用下在Z轴丝杠9上上下运动，从而带动所述X轴运动机构和所述挤出机在竖直面上沿Z轴方向运动；所述X轴运动机构的工作原理为：X轴电机12旋转时，带动X轴电机同步轮11旋转，X轴电机同步轮11带动X轴同步带13在X轴电机同步轮11和X轴同步带导轮15上旋转，X轴同步带13带动X轴滑动支座19在X轴导轨16的导向作用在竖直面上沿X轴方向运动，X轴滑动支座19带动所述挤出机在竖直面上沿X轴方向运动。
如图5所示，本实施例中，所述热喷头20、挤料电机18和降温风扇25均安装在X轴滑动支座19上，所述挤料电机18和降温风扇25分别位于热喷头20的两侧，所述挤料电机18的输出轴上连接有挤料电机同步轮17，所述合成材料36的一端伸入挤料电机同步轮17与X轴滑动支座19之间的间隙内且位于热喷头20的正上方。所述挤出机的工作原理为：挤料电机18旋转时，带动挤料电机同步轮17同步旋转，挤料电机同步轮17带动伸入挤料电机同步轮17与X轴滑动支座19之间的间隙内的合成材料36挤入热喷头20内融化。
如图7所示，本实施例中，所述微控制器模块26包括ARM微控制器芯片STM32F103VET、晶振电路和复位电路，所述晶振电路由晶振Y1和晶振Y2，以及非极性电容C1、非极性电容C2、非极性电容C4和非极性电容C5组成；所述非极性电容C1的一端和晶振Y1的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第8引脚相接，所述非极性电容C2的一端和晶振Y1的另一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第9引脚相接，所述非极性电容C4的一端和晶振Y2的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第12引脚相接，所述非极性电容C5的一端和晶振Y2的另一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第13引脚相接，所述非极性电容C1的另一端、非极性电容C2的另一端、非极性电容C4的另一端和非极性电容C5的另一端均接地；所述复位电路由非极性电容C6和复位按键K1组成，所述非极性电容C6的一端和复位按键K1的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第14引脚相接，所述非极性电容C6的另一端和复位按键K1的另一端均接地；所述降温风扇25的电源正极与微控制器模块26的第69引脚相接，所述降温风扇25的电源负极接地。
如图8所示，本实施例中，所述按键电路28包括启动按键K2、停止按键K3和急停按键K4，所述启动按键K2的一端、停止按键K3的一端和急停按键K4的一端分别与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第15引脚、第16引脚和第17引脚相接，所述启动按键K2的另一端、停止按键K3的另一端和急停按键K4的另一端均接地；
如图9所示，本实施例中，所述温度检测电路35包括热敏电阻Rt、电阻R19和极性电容C13，所述电阻R19的一端、极性电容C13的负极和热敏电阻Rt的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第33引脚相接，所述电阻R19的另一端与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述热敏电阻Rt的另一端和极性电容C13的正极均接地。
如图10所示，本实施例中，所述热喷头驱动电路30包括型号为PC817的光耦隔离芯片U9，所述光耦隔离芯片U9的第1引脚与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第70引脚相接，所述光耦隔离芯片U9的第2引脚通过电阻R20接地，所述光耦隔离芯片U9的第3引脚与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U9的第4引脚通过串联的电阻R21和电阻R22接地，所述热喷头20的电源正极与电阻R21和电阻R22的连接端相接，所述热喷头20的电源负极接地；
如图11所示，本实施例中，所述液晶显示电路模块29由液晶显示屏LCD1602和电位器R18组成，所述液晶显示屏LCD1602的第2引脚和第15引脚以及电位器R18的一个固定端均与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述液晶显示屏LCD1602的第1引脚和第16引脚以及电位器R18的另一个固定端均接地，所述液晶显示屏LCD1602的第3引脚与电位器R18的滑动端相接，所述液晶显示屏LCD1602的第4～14引脚依次对应与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第35～45引脚相接。
如图12所示，本实施例中，所述X轴电机12为两相四线制步进电机M1，所述X轴电机驱动电路31包括型号为A4988的电机驱动芯片D2以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U1和光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U1的第1引脚通过电阻R2与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第90引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R4与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第91引脚相接，所述光耦隔离芯片U1的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U2的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U1的第3引脚通过电阻R3与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U2的第3引脚通过电阻R5与供电电源27的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D2的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D2的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第7引脚与所述光耦隔离芯片U1的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第8引脚与所述光耦隔离芯片U2的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第10引脚与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D2的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M1的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D2的第16引脚与供电电源27的+30V电压输出端相接；
如图13所示，本实施例中，所述Y轴电机6为两相四线制步进电机M2，所述Y轴电机驱动电路32包括型号为A4988的电机驱动芯片D3以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U3和光耦隔离芯片U4，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R6与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第92引脚相接，所述光耦隔离芯片U4的第1引脚通过电阻R8与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第93引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U4的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U3的第3引脚通过电阻R7与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U4的第3引脚通过电阻R9与供电电源27的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D3的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D3的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第7引脚与所述光耦隔离芯片U3的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第8引脚与所述光耦隔离芯片U4的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第10引脚与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D3的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M2的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D3的第16引脚与供电电源27的+30V电压输出端相接；
如图14所示，本实施例中，两个所述Z轴电机8分别为两相四线制步进电机M4和两相四线制步进电机M5，所述Z轴电机驱动电路33包括型号为A4988的电机驱动芯片D5以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U7和光耦隔离芯片U8，所述光耦隔离芯片U7的第1引脚通过电阻R14与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第71引脚相接，所述光耦隔离芯片U8的第1引脚通过电阻R16与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第72引脚相接，所述光耦隔离芯片U7的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U8的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U7的第3引脚通过电阻R15与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U8的第3引脚通过电阻R17与供电电源27的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D5的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D5的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第7引脚与所述光耦隔离芯片U7的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第8引脚与所述光耦隔离芯片U8的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第10引脚与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D5的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M4的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述两相四线制步进电机M5的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端依次对应与所述两相四线制步进电机M4的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D5的第16引脚与供电电源27的+30V电压输出端相接；
如图15所示，本实施例中，所述挤料电机18为两相四线制步进电机M3，所述挤料电机驱动电路34包括型号为A4988的电机驱动芯片D4以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U5和光耦隔离芯片U6，所述光耦隔离芯片U5的第1引脚通过电阻R10与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第95引脚相接，所述光耦隔离芯片U6的第1引脚通过电阻R12与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第96引脚相接，所述光耦隔离芯片U5的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U6的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U5的第3引脚通过电阻R11与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U6的第3引脚通过电阻R13与供电电源27的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D4的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D4的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第7引脚与所述光耦隔离芯片U5的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第8引脚与所述光耦隔离芯片U6的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第10引脚与供电电源27的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D4的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M3的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D4的第16引脚与供电电源27的+30V电压输出端相接。
本发明中的小型三维合成材料成型机使用时，微控制器模块26通过Y轴电机驱动电路32驱动Y轴电机6转动，从而所述Y轴运动机构能够带动成型平台5在水平面上沿Y轴方向运动，即实现了成型平台5水平方向的前后移动；微控制器模块26通过X轴电机驱动电路31驱动X轴电机12转动，从而所述X轴运动机构能够带动所述挤出机在竖直面上沿X轴方向运动，微控制器模块26通过Z轴电机驱动电路33驱动两个Z轴电机8转动，从而所述Z轴运动机构能够带动所述挤出机在竖直面上沿Z轴方向运动，即实现了所述挤出机在竖直面上的任意移动；从而对于通过挤出机挤出的合成材料36，实现了空间上的三维运动。
如图16所示，本发明的小型三维合成材料成型机的成型温度控制方法，包括以下步骤：
步骤一、成型温度控制及检测：所述微控制器模块26通过热喷头驱动电路30将加热电压Ur加载在热喷头20上，热喷头20发热并对待成型材料进行融化，融化后的待成型材料滴落在成型平台5成型；同时，温度检测电路35对热喷头20的成型温度进行实时检测并将检测到的成型温度信号实时输出给微控制器模块26；
步骤二、成型温度检测值与最佳成型温度比对：微控制器模块26对其接收到的成型温度信号进行分析处理，得到成型温度检测值T并将成型温度检测值T与最佳成型温度相比对，得到成型温度检测值T与最佳成型温度的差值
步骤三、微控制器模块26根据以下的基于专家系统的插补补偿策略对成型温度进行调节：
当ΔT>5℃时，微控制器模块26持续通过热喷头驱动电路30将加热电压Ur加载在热喷头20上，微控制器模块26不加载降温电压给降温风扇25；其中，加热电压Ur的取值范围为5V～12V；
当ΔT≤5℃时，微控制器模块26开始加载降温电压给降温风扇25；且当0℃<ΔT≤5℃时，微控制器模块26将通过热喷头驱动电路30加载在热喷头20上的加热电压Ur增大λ·ΔUr后加载在热喷头20上，同时，微控制器模块26将加载在降温风扇25上的降温电压Uf减小λ·ΔUf后加载在降温风扇25上；当-5℃<ΔT≤0℃时，微控制器模块26将通过热喷头驱动电路30加载在热喷头20上的加热电压Ur减小λ·ΔUr后加载在热喷头20上，同时，微控制器模块26加载在降温风扇25上的降温电压Uf增大λ·ΔUf后加载在降温风扇25上；其中，加热电压Ur的取值范围为5V～12V，ΔUr为加热电压Ur的变化量且ΔUr的取值为0.7|ΔT|，降温电压Uf的取值范围为3.5V～5V，ΔUf为降温电压Uf的变化量且ΔUf的取值为0.2|ΔT|，λ为加热电压Ur和降温电压Uf的变化速率系数且λ的取值范围为0～1.2，λ的取值方法为：|ΔT|的值越大，λ的取值越大。
本实施例中，所述λ的取值方法为：
当3℃<|ΔT|≤5℃时，取λ＝1.2；
当1℃<|ΔT|≤3℃时，取λ＝0.8；
当0℃<|ΔT|≤1℃时，取λ＝0.5；
当|ΔT|＝0℃时，取λ＝0。
本发明的成型温度控制方法的方法步骤简单、实现方便且实时性高，通过采用基于专家系统的插补补偿策略对成型温度进行调节，来改善热喷头在最佳成型温度附近的温控动态特性，能够提高成型的质量和效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种小型三维合成材料成型机，其特征在于：包括成型机机体和成型控制器，所述成型机机体包括用于搭载合成材料(36)的料架(23)、挤出机、成型平台(5)、水平面运动机构和H型的竖直面运动机构，以及用于支撑搭载料架(23)、所述水平面运动机构和所述竖直面运动机构的支撑搭载机构；所述水平面运动机构包括水平固定盒(1)和用于带动成型平台(5)在水平面上沿Y轴方向运动的Y轴运动机构，所述Y轴运动机构安装在水平固定盒(1)上，所述成型平台(5)安装在所述Y轴运动机构上，所述Y轴运动机构包括Y轴电机(6)；所述竖直面运动机构包括在竖直面上水平设置的用于带动所述挤出机在竖直面上沿X轴方向运动的X轴运动机构和在竖直面上竖直设置的用于带动所述挤出机在竖直面上沿Z轴方向运动的Z轴运动机构，所述X轴运动机构安装在所述Z轴运动机构上，所述挤出机安装在所述X轴运动机构上，所述X轴运动机构包括X轴电机(12)，所述Z轴运动机构包括两个Z轴电机(8)；所述成型平台(5)设置在所述挤出机的下方，所述挤出机包括挤料电机(18)、热喷头(20)和位于热喷头(20)一侧的降温风扇(25)，所述热喷头(20)竖直向下设置；所述成型控制器包括微控制器模块(26)和为所述成型控制器中各用电模块供电的供电电源(27)，所述微控制器模块(26)的输入端接有按键电路(28)和用于对热喷头(20)的成型温度进行实时检测的温度检测电路(35)，所述降温风扇(25)与微控制器模块(26)的输出端相接，所述微控制器模块(26)的输出端还接有液晶显示电路模块(29)和热喷头驱动电路(30)，以及用于驱动X轴电机(12)的X轴电机驱动电路(31)、用于驱动Y轴电机(6)的Y轴电机驱动电路(32)、用于驱动两个Z轴电机(8)的Z轴电机驱动电路(33)和用于驱动挤料电机(18)的挤料电机驱动电路(34)。
2.按照权利要求1所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述支撑搭载机构包括门字型的支撑主体架(24)、从支撑主体架(24)前端上部向左右两侧延伸形成的两个支撑耳(21)和从支撑主体架(24)后端左右两侧向后延伸形成的两个支撑翅(22)；所述料架(23)包括两端分别与两个支撑翅(22)上部固定连接的料架轴(23-1)和转动连接在料架轴(23-1)上且用于缠绕合成材料(36)的卷料筒(23-2)。
3.按照权利要求2所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述水平固定盒(1)与支撑主体架(24)的下部内侧壁固定连接，所述Y轴运动机构包括安装在水平固定盒(1)上且相互间隔设置的两根Y轴导轨(4)和设置在水平固定盒(1)内一端的Y轴同步带导轮(2)，所述Y轴电机(6)设置在水平固定盒(1)内另一端，所述Y轴电机(6)和Y轴同步带导轮(2)均位于两根Y轴导轨(4)之间，所述Y轴电机(6)的输出轴上连接有Y轴电机同步轮(7)，所述Y轴电机同步轮(7)和Y轴同步带导轮(2)上连接有Y轴同步带(3)；所述成型平台(5)的底面几何中心位置处与Y轴同步带(3)固定连接，所述成型平台(5)的底面与两根Y轴导轨(4)的顶面滑动接触；所述Z轴运动机构包括在竖直面上竖直设置的两根Z轴丝杠(9)和分别位于两根Z轴丝杠(9)旁侧的两根Z轴导轨(10)，两个所述Z轴电机(8)分别设置在两根Z轴丝杠(9)下方，两根Z轴丝杠(9)分别位于支撑主体架(24)的左右两侧且分别向上穿出到两个支撑耳(21)上部，两根Z轴导轨(10)的一端分别向上穿出到两个支撑耳(21)上部且分别与两个支撑耳(21)固定连接，两根Z轴导轨(10)的另一端分别与两个Z轴电机(8)的壳体固定连接，两根Z轴丝杠(9)的底部分别与两个Z轴电机(8)的输出轴固定连接，两个Z轴电机(8)分别与水平固定盒(1)Y轴方向的左右两侧中间位置处固定连接，两根所述Z轴丝杠(9)上均螺纹连接有套装在Z轴导轨(10)上且与Z轴导轨(10)滑动接触的Z轴滑动座(14)；所述X轴运动机构包括在竖直面上水平设置且上下间隔设置的两根X轴导轨(16)和安装在两个Z轴滑动座(14)中的其中一个内侧的X轴同步带导轮(15)，所述X轴电机(12)安装在两个Z轴滑动座(14)中的另一个外侧，两根X轴导轨(16)的两端均分别与两个Z轴滑动座(14)固定连接，所述X轴电机(12)和X轴同步带导轮(15)均位于两根X轴导轨(16)之间，所述X轴电机(12)的输出轴上连接有X轴电机同步轮(11)，所述X轴电机同步轮(11)和X轴同步带导轮(15)上连接有X轴同步带(13)，所述X轴同步带(13)上固定连接有套装在两根X轴导轨(16)上且与X轴导轨(16)滑动接触的X轴滑动支座(19)，所述挤出机安装在X轴滑动支座(19)上。
4.按照权利要求3所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述热喷头(20)、挤料电机(18)和降温风扇(25)均安装在X轴滑动支座(19)上，所述挤料电机(18)和降温风扇(25)分别位于热喷头(20)的两侧，所述挤料电机(18)的输出轴上连接有挤料电机同步轮(17)，所述合成材料(36)的一端伸入挤料电机同步轮(17)与X轴滑动支座(19)之间的间隙内且位于热喷头(20)的正上方。
5.按照权利要求1所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述微控制器模块(26)包括ARM微控制器芯片STM32F103VET、晶振电路和复位电路，所述晶振电路由晶振Y1和晶振Y2，以及非极性电容C1、非极性电容C2、非极性电容C4和非极性电容C5组成；所述非极性电容C1的一端和晶振Y1的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第8引脚相接，所述非极性电容C2的一端和晶振Y1的另一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第9引脚相接，所述非极性电容C4的一端和晶振Y2的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第12引脚相接，所述非极性电容C5的一端和晶振Y2的另一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第13引脚相接，所述非极性电容C1的另一端、非极性电容C2的另一端、非极性电容C4的另一端和非极性电容C5的另一端均接地；所述复位电路由非极性电容C6和复位按键K1组成，所述非极性电容C6的一端和复位按键K1的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第14引脚相接，所述非极性电容C6的另一端和复位按键K1的另一端均接地；所述降温风扇(25)的电源正极与微控制器模块(26)的第69引脚相接，所述降温风扇(25)的电源负极接地。
6.按照权利要求5所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述按键电路(28)包括启动按键K2、停止按键K3和急停按键K4，所述启动按键K2的一端、停止按键K3的一端和急停按键K4的一端分别与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第15引脚、第16引脚和第17引脚相接，所述启动按键K2的另一端、停止按键K3的另一端和急停按键K4的另一端均接地；
所述温度检测电路(35)包括热敏电阻Rt、电阻R19和极性电容C13，所述电阻R19的一端、极性电容C13的负极和热敏电阻Rt的一端均与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第33引脚相接，所述电阻R19的另一端与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述热敏电阻Rt的另一端和极性电容C13的正极均接地。
7.按照权利要求5所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述热喷头驱动电路(30)包括型号为PC817的光耦隔离芯片U9，所述光耦隔离芯片U9的第1引脚与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第70引脚相接，所述光耦隔离芯片U9的第2引脚通过电阻R20接地，所述光耦隔离芯片U9的第3引脚与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U9的第4引脚通过串联的电阻R21和电阻R22接地，所述热喷头(20)的电源正极与电阻R21和电阻R22的连接端相接，所述热喷头(20)的电源负极接地；
所述液晶显示电路模块(29)由液晶显示屏LCD1602和电位器R18组成，所述液晶显示屏LCD1602的第2引脚和第15引脚以及电位器R18的一个固定端均与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述液晶显示屏LCD1602的第1引脚和第16引脚以及电位器R18的另一个固定端均接地，所述液晶显示屏LCD1602的第3引脚与电位器R18的滑动端相接，所述液晶显示屏LCD1602的第4～14引脚依次对应与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第35～45引脚相接。
8.按照权利要求5所述的小型三维合成材料成型机，其特征在于：所述X轴电机(12)为两相四线制步进电机M1，所述X轴电机驱动电路(31)包括型号为A4988的电机驱动芯片D2以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U1和光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U1的第1引脚通过电阻R2与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第90引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R4与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第91引脚相接，所述光耦隔离芯片U1的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U2的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U1的第3引脚通过电阻R3与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U2的第3引脚通过电阻R5与供电电源(27)的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D2的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D2的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第7引脚与所述光耦隔离芯片U1的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第8引脚与所述光耦隔离芯片U2的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D2的第10引脚与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D2的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M1的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D2的第16引脚与供电电源(27)的+30V电压输出端相接；
所述Y轴电机(6)为两相四线制步进电机M2，所述Y轴电机驱动电路(32)包括型号为A4988的电机驱动芯片D3以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U3和光耦隔离芯片U4，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R6与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第92引脚相接，所述光耦隔离芯片U4的第1引脚通过电阻R8与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第93引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U4的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U3的第3引脚通过电阻R7与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U4的第3引脚通过电阻R9与供电电源(27)的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D3的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D3的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第7引脚与所述光耦隔离芯片U3的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第8引脚与所述光耦隔离芯片U4的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D3的第10引脚与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D3的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M2的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D3的第16引脚与供电电源(27)的+30V电压输出端相接；
两个所述Z轴电机(8)分别为两相四线制步进电机M4和两相四线制步进电机M5，所述Z轴电机驱动电路(33)包括型号为A4988的电机驱动芯片D5以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U7和光耦隔离芯片U8，所述光耦隔离芯片U7的第1引脚通过电阻R14与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第71引脚相接，所述光耦隔离芯片U8的第1引脚通过电阻R16与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第72引脚相接，所述光耦隔离芯片U7的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U8的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U7的第3引脚通过电阻R15与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U8的第3引脚通过电阻R17与供电电源(27)的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D5的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D5的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第7引脚与所述光耦隔离芯片U7的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第8引脚与所述光耦隔离芯片U8的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D5的第10引脚与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D5的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M4的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述两相四线制步进电机M5的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端依次对应与所述两相四线制步进电机M4的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D5的第16引脚与供电电源(27)的+30V电压输出端相接；
所述挤料电机(18)为两相四线制步进电机M3，所述挤料电机驱动电路(34)包括型号为A4988的电机驱动芯片D4以及型号均为PC817的光耦隔离芯片U5和光耦隔离芯片U6，所述光耦隔离芯片U5的第1引脚通过电阻R10与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第95引脚相接，所述光耦隔离芯片U6的第1引脚通过电阻R12与所述ARM微控制器芯片STM32F103VET的第96引脚相接，所述光耦隔离芯片U5的第2引脚和第4引脚以及所述光耦隔离芯片U6的第2引脚和第4引脚均接地，所述光耦隔离芯片U5的第3引脚通过电阻R11与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述光耦隔离芯片U6的第3引脚通过电阻R13与供电电源(27)的+5V电压输出端相接；所述电机驱动芯片D4的第1～4引脚以及第9引脚和第15引脚均接地，所述电机驱动芯片D4的第5引脚和第6引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第7引脚与所述光耦隔离芯片U5的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第8引脚与所述光耦隔离芯片U6的第3引脚相接，所述电机驱动芯片D4的第10引脚与供电电源(27)的+5V电压输出端相接，所述电机驱动芯片D4的第11～14引脚依次对应与所述两相四线制步进电机M3的A接线端、C接线端、B接线端和D接线端相接，所述电机驱动芯片D4的第16引脚与供电电源(27)的+30V电压输出端相接。
9.一种对如权利要求1所述的小型三维合成材料成型机的成型温度进行控制的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、成型温度控制及检测：所述微控制器模块(26)通过热喷头驱动电路(30)将加热电压Ur加载在热喷头(20)上，热喷头(20)发热并对待成型材料进行融化，融化后的待成型材料滴落在成型平台(5)成型；同时，温度检测电路(35)对热喷头(20)的成型温度进行实时检测并将检测到的成型温度信号实时输出给微控制器模块(26)；
步骤二、成型温度检测值与最佳成型温度比对：微控制器模块(26)对其接收到的成型温度信号进行分析处理，得到成型温度检测值T并将成型温度检测值T与最佳成型温度相比对，得到成型温度检测值T与最佳成型温度的差值
步骤三、微控制器模块(26)根据以下的基于专家系统的插补补偿策略对成型温度进行调节：
当ΔT>5℃时，微控制器模块(26)持续通过热喷头驱动电路(30)将加热电压Ur加载在热喷头(20)上，微控制器模块(26)不加载降温电压给降温风扇(25)；其中，加热电压Ur的取值范围为5V～12V；
当ΔT≤5℃时，微控制器模块(26)开始加载降温电压给降温风扇(25)；且当0℃<ΔT≤5℃时，微控制器模块(26)将通过热喷头驱动电路(30)加载在热喷头(20)上的加热电压Ur增大λ·ΔUr后加载在热喷头(20)上，同时，微控制器模块(26)将加载在降温风扇(25)上的降温电压Uf减小λ·ΔUf后加载在降温风扇(25)上；当-5℃<ΔT≤0℃时，微控制器模块(26)将通过热喷头驱动电路(30)加载在热喷头(20)上的加热电压Ur减小λ·ΔUr后加载在热喷头(20)上，同时，微控制器模块(26)加载在降温风扇(25)上的降温电压Uf增大λ·ΔUf后加载在降温风扇(25)上；其中，加热电压Ur的取值范围为5V～12V，ΔUr为加热电压Ur的变化量且ΔUr的取值为0.7|ΔT|，降温电压Uf的取值范围为3.5V～5V，ΔUf为降温电压Uf的变化量且ΔUf的取值为0.2|ΔT|，λ为加热电压Ur和降温电压Uf的变化速率系数且λ的取值范围为0～1.2，λ的取值方法为：|ΔT|的值越大，λ的取值越大。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述λ的取值方法为：
当3℃<|ΔT|≤5℃时，取λ＝1.2；
当1℃<|ΔT|≤3℃时，取λ＝0.8；
当0℃<|ΔT|≤1℃时，取λ＝0.5；
当|ΔT|＝0℃时，取λ＝0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20211108 Address after: Room 503, building 3, No. 133, development avenue, Tongxiang Economic Development Zone, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: ZHEJIANG MAIZHI NETWORK TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 710054 No. 58, middle section, Yanta Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: XI'AN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221227 Address after: No. 545, Xinxing Community, Puyuan Town, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province, 314500 Patentee after: Jiaxing Langsheng Machinery Co.,Ltd. Address before: Room 503, building 3, No. 133, development avenue, Tongxiang Economic Development Zone, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee before: ZHEJIANG MAIZHI NETWORK TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170405 |