CN105014958B - 3d打印机及其自动调平方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印机及其自动调平方法,3D打印机包括设置在3D打印机的打印机构同一表面上的喷头、接近传感器,以及设置在3D打印机内与所述打印机构相连的一控制器;所述接近传感器的工作面到所述表面的距离小于所述喷头的工作面到所述表面的距离;所述接近传感器用于获取检测信号并传送至所述控制器;当3D打印机的打印平台上升至与所述接近传感器的距离达到预设阈值范围内时,所述控制器根据接收到的接近传感器的第一检测信号,控制打印平台停止上升。本发明通过增加接近传感器,通过智能识别打印平台倾斜状况并进行调节,使用方便,减少了操作者对3D打印机的调平及维护工作。

Description

3D打印机及其自动调平方法
技术领域
本发明涉及3D打印快速成形技术领域,尤其涉及一种3D打印机及其自动调平方法。
背景技术
当3D打印机第一次使用、长期未使用或设备被搬动后,就需要进行一次调平操作。现有桌面级的3D打印机都需要手动的对打印平台进行调平操作,这个调平工作不但需要把打印平台调成水平,同时还需要合理控制打印平台与打印机构中喷头的间距。如果平台与喷头的间距过大,第一层的打印材料就无法粘在平台上,上层的打印质量就无从谈起。如果平台与喷头的间距过小,喷头就很有可能划伤平台。因此调平操作直接影响到整个3D打印成品的质量。
对于初级操作者来说,技术门槛比较高,需要较高的学习成本;即使对于资深操作者来说,也需要经常进行调整、维护。如果操作者第一次使用时没有认真的按照操作说明书的说明进行调平,不仅打印效果没有办法保证,甚至有可能划伤平台。而手动调平操作的过程是冗长的、并且需要经验的操作,需要操作者需要去通过多次的尝试,才能掌握平台与喷头之间合理的间距。
因此,需要提供一种3D打印机及自动调平方式,通过智能识别打印平台倾斜状况,并进行调节,从而减少操作者对3D打印机的调平及维护工作。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术中3D打印机存在的调平操作要求高、过程繁琐,无法自动完成的问题,提供一种3D打印机及其自动调平方法,完善3D打印机的自动调平功能,通过增加接近传感器,实现智能控制打印平台与打印喷头的间距,以及智能识别打印平台倾斜状况并进行调节。
为实现上述目的,本发明提供了一种3D打印机,包括设置在3D打印机的打印机构同一表面上的喷头、接近传感器,以及设置在3D打印机内的与所述打印机构相连的一控制器;所述接近传感器的工作面到所述表面的距离小于所述喷头的工作面到所述表面的距离;所述接近传感器用于获取检测信号并传送至所述控制器;当3D打印机的打印平台上升至与所述接近传感器的距离达到预设阈值范围内时,所述控制器根据接收到的接近传感器的第一检测信号,控制打印平台停止上升。
所述控制器进一步用于在打印平台停止上升后,控制所述接近传感器检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号,并根据每一第二检测信号获取相应检测点在以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系中的空间坐标,获取打印平台倾斜角度和方向,从而调整打印机构移动线路,实现自动调平。
所述控制器进一步用于在打印平台停止上升后,控制打印机构按预设路线移动,从而使所述接近传感器依次检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。
所述控制器进一步采样最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合,获取平面方程,进而获取打印平台倾斜角度和方向。
为实现上述目的,本发明还提供了一种3D打印机自动调平方法,采用本发明所述3D打印机,包括:(1)接收所述接近传感器传送的第一检测信号,控制打印平台停止上升;(2)控制所述接近传感器检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号;(3)根据每一第二检测信号获取相应检测点在以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系中的空间坐标,获取打印平台倾斜角度和方向;(4)调整打印机构移动线路,实现自动调平。
步骤(2)进一步包括:控制打印机构按预设路线移动,从而使所述接近传感器依次检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。
所述方法进一步采样最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合,获取平面方程,进而获取打印平台倾斜角度和方向。
本发明的优点在于:通过增加接近传感器,通过智能识别打印平台倾斜状况并进行调节,以较低的成本解决了3D打印机调平过程繁琐的问题,不仅降低了操作者的使用门槛,且使用方便,减少了操作者对3D打印机的调平及维护工作。
附图说明
图1,本发明所述3D打印机的架构示意图;
图2,本发明所述3D打印机自动调平方法的流程图;
图3,本发明一实施例所示打印机构移动路线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的3D打印机及其自动调平方法做详细说明。
参考附图1,本发明所述3D打印机的架构示意图。所述3D打印机包括设置在3D打印机的打印机构10的同一表面11上的喷头12、接近传感器13,以及设置在3D打印机内的与所述打印机构10相连的一控制器14。所述接近传感器13的工作面131到所述表面11的距离小于所述喷头12的工作面121到所述表面11的距离,从而防止打印时接近传感器13碰到下方打印平台(图中未示出)上的3D打印件。所述接近传感器13用于获取检测信号并传送至所述控制器14。当3D打印机的打印平台上升至与所述接近传感器13的距离达到预设阈值范围内时,所述控制器14根据接收到的接近传感器13的第一检测信号,控制打印平台停止上升。
可以根据喷头与打印平面之间允许的距离值范围选择相应的接近传感器,从而根据所选择的接近传感器确定阈值范围。例如,一接近传感器的检测范围是3mm,当这个接近传感器与打印平面间距小于3mm时,就会发出检测信号给主控器。接近传感器13与喷头12之间的高度差也可以预先确定。这样,喷头12与打印平台的打印平面之间的间隔出厂时就可以确定下来,进而智能控制打印平台停止上升的时机,从而合理控制打印平台与喷头12的间距,而不需要用眼睛观察其间隔。控制器14可以记录打印平台停止时的Z轴的位置,即高度的位置;从而可以获取后续多个预设检测点之间高度的偏移量。
打印平台停止上升后,控制器14控制所述接近传感器13检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号;以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系;根据每一第二检测信号即可获取相应检测点在所述空间直角坐标系中的空间坐标,从而获取打印平台倾斜角度和方向,调整打印机构移动线路,实现自动调平。
所述控制器14可以在打印平台停止上升时,控制打印机构10按预设路线移动,从而使所述接近传感器13依次检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。通过按预设路线移动,各个检测点在所述空间直角坐标系中空间坐标的X、Y值即可预先确定,从而更加简化对各第二检测信号的处理,有效节省控制器14的运算成本以及存储空间。
如果打印平台并非水平,则控制器14根据各第二检测信号获取的检测点到接近传感器13的距离值就会不同,也即个检测点在所述空间直角坐标系Z轴上就会有不同的偏移量。可以采样最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合,获取一个最接近打印平台的平面方程,进而获取打印平台倾斜角度和方向。根据倾斜角度和方向,在打印过程中对打印件的X、Y、Z轴进行修正,使打印件不管在什么情况下,始终与打印平台相垂直,实现自动调平,提高了3D打印件的良品率。
本发明通过增加接近传感器,通过智能识别打印平台倾斜状况并进行调节,以较低的成本解决了3D打印机调平过程繁琐的问题,不仅降低了操作者的使用门槛,且使用方便,减少了操作者对3D打印机的调平及维护工作。
参考图2,本发明所述3D打印机自动调平方法的流程图,所述3D打印机自动调平方法采用本发明所述3D打印机,接下来对图1所示的步骤做详细说明。
S21:接收所述接近传感器传送的第一检测信号,控制打印平台停止上升。
可以根据喷头与打印平面之间允许的距离值范围选择相应的接近传感器,从而根据所选择的接近传感器确定阈值范围。当3D打印机的打印平台上升至与所述接近传感器13的距离达到预设阈值范围内时,接近传感器13获取第一检测信号并传送至所述控制器14;所述控制器14根据接收到的第一检测信号,控制打印平台停止上升。
接近传感器13与打印平台的打印平面之间的阈值范围可以预先确定,接近传感器13与喷头12之间的高度差也可以预先确定,这样,喷头12与打印平台的打印平面之间的间隔出厂时就可以确定下来。进而智能控制打印平台停止上升的时机,从而合理控制打印平台与喷头12的间距,而不需要用眼睛观察其间隔。
S22:控制所述接近传感器检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。
所述控制器14可以在打印平台停止上升时,控制打印机构10按预设路线移动,从而使所述接近传感器13依次检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。通过按预设路线移动,各个检测点在所述空间直角坐标系中空间坐标的X、Y值即可预先确定,从而更加简化对各第二检测信号的处理,有效节省控制器14的运算成本以及存储空间。
S23:根据每一第二检测信号获取相应检测点在以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系中的空间坐标,获取打印平台倾斜角度和方向。
以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系,则每一检测点在所述空间直角坐标系中对应一空间坐标;根据每一第二检测信号即可获取相应检测点在所述空间直角坐标系中的空间坐标,从而获取打印平台倾斜角度和方向。如果打印平台并非水平,则控制器14根据各第二检测信号获取的检测点到接近传感器13的距离值就会不同,也即个检测点在所述空间直角坐标系Z轴上就会有不同的偏移量。可以采样最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合,获取一个最接近打印平台的平面方程,进而获取打印平台倾斜角度和方向。
S24:调整打印机构移动线路,实现自动调平。
根据倾斜角度和方向,在打印过程中对打印件的X、Y、Z轴进行修正,即调整打印机构移动线路;使打印件不管在什么情况下,始终与打印平台相垂直,实现自动调平,提高了3D打印件的良品率。
以下结合附图1-3给出本发明的一实施例,以对对本发明提供的3D打印机及其自动调平方法做进一步说明。
接近传感器13与打印平台的打印平面之间的阈值范围可以预先确定,接近传感器13与喷头12之间的高度差也可以预先确定,这样,喷头12与打印平台的打印平面之间的间隔出厂时就可以确定下来。当打印平台上升,接近传感器13与打印平台之间的距离到达预设阈值范围时,接近传感器13就会发送信号给控制器14,控制器14对信号进行处理进而智能控制打印平台停止,从而合理控制打印平台与喷头12的间距,而不需要用眼睛观察其间隔。控制器14可以记录打印平台停止时的Z轴的位置,即高度的位置;从而可以获取后续多个预设检测点之间高度的偏移量。
以打印机的X、Y、Z轴为指定方向,建立空间直角坐标系。控制打印机构10按图3所示打印机构移动路线示意图中打印平台上①-⑨数字标号顺序移动,通过接近传感器13依次对图中所示9个检测点进行测量。如果平台并非水平,则9个点在Z轴上就会有不同的偏移量。计算出上述每一个检测点所对应的空间坐标,并且使用最小二乘法对这九个检测点进行空间平面拟合,得到一个最接近打印平台的平面方程。由此平面方程即可得到打印平台的打印平面倾斜角度和方向,重新规划3D打印机构移动线路,从而在打印过程中对X、Y、Z轴进行修正。即把整个打印件也随着打印平面按相应方向倾斜相应角度,使打印件不管在什么情况下,始终与打印平台相垂直,达到自动调平的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种3D打印机,其特征在于,包括设置在3D打印机的打印机构同一表面上的喷头、接近传感器,以及设置在3D打印机内与所述打印机构相连的一控制器;
所述接近传感器的工作面到所述表面的距离小于所述喷头的工作面到所述表面的距离;
所述接近传感器用于获取检测信号并传送至所述控制器;
当3D打印机的打印平台上升至与所述接近传感器的距离达到预设阈值范围内时,所述控制器根据接收到的接近传感器的第一检测信号,控制打印平台停止上升;
所述控制器进一步用于在打印平台停止上升后,控制所述接近传感器检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号,并根据每一第二检测信号获取相应检测点在以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系中的空间坐标,获取打印平台倾斜角度和方向,从而调整打印机构移动线路,实现自动调平。
2.根据权利要求1所述的3D打印机,其特征在于,所述控制器进一步用于在打印平台停止上升后,控制打印机构按预设路线移动,从而使所述接近传感器依次检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印机,其特征在于,所述控制器进一步采样最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合,获取平面方程,进而获取打印平台倾斜角度和方向。
4.一种3D打印机自动调平方法,采用权利要求1所述3D打印机,其特征在于,包括:
(1)接收所述接近传感器传送的第一检测信号,控制打印平台停止上升;
(2)控制所述接近传感器检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号;
(3)根据每一第二检测信号获取相应检测点在以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系中的空间坐标,获取打印平台倾斜角度和方向;
(4)调整打印机构移动线路,实现自动调平。
5.根据权利要求4所述的3D打印机自动调平方法,其特征在于,步骤(2)进一步包括:控制打印机构按预设路线移动,从而使所述接近传感器依次检测打印平台上多个预设检测点,获取相应多个第二检测信号。
6.根据权利要求4或5所述的3D打印机自动调平方法,其特征在于,进一步采样最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合,获取平面方程,进而获取打印平台倾斜角度和方向。
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