CN105109046B - 一种用于3d打印机的暂停换料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于3D打印机的暂停换料方法，所述方法为3D打印机的控制系统在模型打印过程中不断地查询是否接收到暂停换料指令，如果接收到暂停换料指令，控制系统暂停模型打印指令，执行后续暂停换料工作，如果未接收到暂停换料指令，控制系统执行模型打印指令。在模型打印过程中当物料不足时可以实现补充物料，提高物料的利用率和模型的成品率；同时通过在打印模型程序指令中按照需要提前在需要换色的位置添加暂停换料指令，可以在打印过程中按照模型换色的需要在模型的指定的精确位置更换不同颜色物料，实现单喷头的多色打印。

Description

一种用于3D打印机的暂停换料方法

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种用于3D打印机的暂停换料方法。

背景技术

3D打印，又称三维打印，是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合性材料，通过逐层打印的方式使物体成型。3D打印技术已得到了广泛的应用，如在工业设计、建筑工程、医疗教育、航空航天、珠宝鞋类等领域打印模型零件，定制个性产品。

现有的3D打印机在打印模型时需预估计模型的物料使用，一旦物料供应不足将使整个打印过程中断，造成时间和物料的浪费；而且一般的单头3D打印机只能进行单色打印，打印成品为纯色，色彩只能通过喷绘等方式实现，增加了模型制作难度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种应用在3D打印机中的暂停换料方法。

本发明的目的是在模型打印过程中实现补充物料，提高物料的利用率和模型的成品率；同时也可在打印过程中更换不同颜色物料，实现单喷头的多色打印。

本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种用于3D打印机的暂停换料方法，所述方法为3D打印机的控制系统在模型打印过程中不断地查询是否接收到暂停换料指令，如果接收到暂停换料指令，控制系统暂停模型打印指令，执行后续暂停换料工作，如果未接收到暂停换料指令，控制系统执行模型打印指令。所述方法包括以下步骤：

步骤一：打印过程中，控制系统接收到暂停换料指令后阻塞打印指令队列，此时喷头和工作平台暂停移动，挤丝电机暂停运转以防止物料继续挤出，加热器继续加热喷头以方便后续的更换物料和继续打印；

步骤二：存储暂停位置信息和暂停时挤丝电机的挤丝长度信息；

步骤三：调整X轴电机、Y轴电机和Z轴电机使喷头和工作平台移动到程序设定的位置；

步骤四：挤丝电机反转将旧物料从喷头中移出；

步骤五：将新的物料插入喷头的进料口后，挤丝电机正转添加新物料并保存新物料信息(保存新物料信息需保存物料直径、颜色、材料流量、融化温度即喷头加热温度、冷却速度即风扇速度)，以便继续打印时使用；

步骤六：X轴电机、Y轴电机、Z轴电机运转使喷头和工作平台恢复到模型暂停打印时的位置，然后取消打印指令队列阻塞，继续执行模型打印指令，在打印过程中继续检测是否接收到暂停换料指令，直至模型完全打印完成，如果控制系统接收到暂停换料指令，则重复以上步骤。

进一步的，在步骤一中，所述暂停换料指令是挤丝电机入料口处设置的用于检测物料的光电传感器检测不到物料时向打印机控制系统发送的。

进一步的，在步骤一中，所述暂停换料指令是在打印模型的程序指令中提前在需要换色的位置添加的。

进一步的，在步骤三中，首先控制系统控制Z轴电机使工作平台下降一段距离，以不触碰到Z轴零点又方便观察物料进退情况为佳；然后控制系统控制X轴电机和Y轴电机使喷头移动到打印模型范围以外，避免加热的喷头对模型的损坏。

进一步的，在步骤四中，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离等于喷头加热腔到导丝管的距离，使熔融态的物料从喷头的加热腔中退出；之后挤丝电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料移出导丝管，物料移出后电机停止运转。

进一步的，在步骤五中，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离为1-2厘米，使物料被挤出机卡住并进入导丝管，然后电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料通过导丝管进入到喷头加热腔中，之后挤丝电机低速运转，使进入加热腔中的物料变成熔融态，并从喷头挤出，当挤出物料的颜色和新物料的颜色相同并吐丝顺利时，电机停止运转，最后控制系统保存新物料信息。

由于采用上述技术，本发明与现有的3D打印机打印技术相比有明显的优势：

本发明在原有的模型打印基础上实现暂停换料的打印方法，在模型打印过程中当物料不足时可以实现补充物料，提高物料的利用率和模型的成品率；同时通过在打印模型程序指令中按照需要提前在需要换色的位置添加暂停换料指令，可以在打印过程中按照模型换色的需要在模型的指定的精确位置更换不同颜色物料，实现单喷头的多色打印。

附图说明

图1为本发明暂停换料方法程序流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明做更为详细的说明。

3D打印机包括人机交互屏、风扇、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、挤丝电机、加热器、光电传感器和控制系统，工作平台与Z轴电机相连可以沿Z轴方向上下移动，喷头与X轴电机和Y轴电机相连可以在X轴方向和Y轴方向上任意运动，通过挤丝电机将物料送入喷头，并通过加热器将物料融化，挤丝电机入料口处设置有用于检测物料的光电传感器，风扇用于对打印模型进行实时冷却；

所述人机交互屏、风扇、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、挤丝电机、加热器、光电传感器均与控制系统相连。

参见附图1，在本发明中，基于上述3D打印机可以实现3D打印机的补充物料和更换不同颜色物料的功能。

(一)、实现补充物料方法如下：

打印过程中物料不足光电传感器检测不到物料时，光电传感器向打印机控制系统发送暂停换料指令；

控制系统接收到暂停换料指令后阻塞打印指令队列；控制系统阻塞打印指令队列后暂停执行模型打印指令(模型打印指令存储在控制系统的存储芯片中，如SD卡)，此时控制系统控制喷头和工作平台暂停移动(即控制系统控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机暂停运转)、挤丝电机暂停运转以防止物料继续挤出、加热器继续加热喷头以方便后续的更换物料和继续打印；

控制系统存储X轴电机、Y轴电机、Z轴电机的暂停位置信息和暂停时挤丝电机的挤丝长度信息(挤丝长度是个不断累加的值，例如移动到某一点p1时挤丝长度为s1，移动到另一点p2时挤丝长度为s2，则从p1移动到p2时需要的挤丝长度为s2-s1，因此需要对暂停时的挤丝长度信息进行保存才能完成换料后继续打印)，以备继续打印时使用；

控制系统控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机使喷头和工作平台移动到程序设定的适当位置，具体方法为：首先控制系统控制Z轴电机使工作平台下降一段距离，以不触碰到Z轴零点又方便观察物料进退情况为佳；然后控制系统控制X轴电机和Y轴电机使喷头移动到打印模型范围以外，避免加热的喷头对模型的损坏；

通过人机交互屏向控制系统发送移出旧物料指令，控制系统控制挤丝电机反转，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离等于喷头加热腔到导丝管的距离，使熔融态的物料从喷头的加热腔中退出，由于加热腔内物料为粘稠的熔融态，物料的常温态部分与熔融态部分的结合处很容易产生拔丝现像而发成断裂，所以挤丝电机要低速反转带动物料未加热部分退出喷头，以使物料未加热部分带动粘稠的熔融态部分一点一点退出喷头的加热腔(熔融态物料离开加热腔很快冷却，不会产生拔丝)，从而防止由于退料速度过快而使物料产生拔丝并断在喷头的加热腔中；之后挤丝电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料高效快速移出导丝管，物料移出后电机停止运转；

将物料插入喷头的进料口后，通过人机交互屏向控制系统发送添加新物料指令，控制系统控制挤丝电机正转，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离为1-2厘米，使物料被挤出机卡住并进入导丝管，然后电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料通过导丝管进入到喷头加热腔中，之后挤丝电机低速运转，使进入加热腔中的物料慢慢变成熔融态，并从喷头挤出，当挤出物料的颜色和新物料的颜色相同并吐丝顺利时(可以设定延时时间保证挤出物料的颜色和新物料的颜色相同并顺利吐丝)，电机停止运转；然后控制系统保存新物料信息，保存新物料信息需保存物料直径、颜色、材料流量、融化温度(对应喷头加热温度)、冷却速度(对应风扇速度)，以便继续打印时使用；

通过人机交互屏向控制系统发送继续打印指令，控制系统控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机运转使喷头和工作平台恢复到模型暂停打印时的位置，然后取消打印指令队列阻塞，继续执行模型打印指令，此时各个电机开始继续运转，在打印过程中光电传感器继续检测物料是否用完即是否接收到暂停换料指令，直至模型完全打印完成，如果控制系统接收到暂停换料指令，则重复以上步骤完成续料工作。

(二)、实现更换不同颜色物料方法如下(基于单喷头)：

在打印模型的程序指令中按照需要提前在需要换色的位置添加暂停换料指令(即在打印模型的程序指令中提前设置中断，以便执行后续指令)；

当执行到暂停换料指令后，控制系统阻塞打印指令队列；控制系统阻塞打印指令队列后暂停执行模型打印指令(模型打印指令存储在控制系统的存储芯片中，如SD卡)，此时控制系统控制喷头和工作平台暂停移动(即控制系统控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机暂停运转)、挤丝电机暂停运转以防止物料继续挤出、加热器继续加热喷头以方便后续的更换物料和继续打印；

控制系统存储X轴电机、Y轴电机、Z轴电机的暂停位置信息和暂停时挤丝电机的挤丝长度信息(挤丝长度是个不断累加的值，例如移动到某一点p1时挤丝长度为s1，移动到另一点p2时挤丝长度为s2，则从p1移动到p2时需要的挤丝长度为s2-s1，因此需要对暂停时的挤丝长度信息进行保存才能完成换料后继续打印)，以备继续打印时使用；

控制系统控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机使喷头和工作平台移动到程序设定的适当位置，具体方法为：首先控制系统控制Z轴电机使工作平台下降一段距离，以不触碰到Z轴零点又方便观察物料进退情况为佳；然后控制系统控制X轴电机和Y轴电机使喷头移动到打印模型范围以外，避免加热的喷头对模型的损坏；

通过人机交互屏向控制系统发送移出旧物料指令，控制系统控制挤丝电机反转，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离等于喷头加热腔到导丝管的距离，使熔融态的物料从喷头的加热腔中退出，由于加热腔内物料为粘稠的熔融态，物料的常温态部分与熔融态部分的结合处很容易产生拔丝现像而发成断裂，所以挤丝电机要低速反转带动物料未加热部分退出喷头，以使物料未加热部分带动粘稠的熔融态部分一点一点退出喷头的加热腔(熔融态物料离开加热腔很快冷却，不会产生拔丝)，从而防止由于退料速度过快而使物料产生拔丝并断在喷头的加热腔中；之后挤丝电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料高效快速移出导丝管，物料移出后电机停止运转；

将需要的不同颜色的物料插入喷头的进料口后，通过人机交互屏向控制系统发送添加新物料指令，控制系统控制挤丝电机正转，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离为1-2厘米，使物料被挤出机卡住并进入导丝管，然后电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料通过导丝管进入到喷头加热腔中，之后挤丝电机低速运转，使进入加热腔中的物料变成熔融态，并从喷头挤出，当挤出物料的颜色和新物料的颜色相同并吐丝顺利时，电机停止运转；然后控制系统保存新物料信息，保存新物料信息需保存物料直径、颜色、材料流量、融化温度(对应喷头加热温度)、冷却速度(对应风扇速度)，以便继续打印时使用；

通过人机交互屏向控制系统发送继续打印指令，控制系统控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机运转使喷头和工作平台恢复到模型暂停打印时的位置，然后取消打印指令队列阻塞，继续执行模型打印指令，此时各个电机开始继续运转，在打印过程中继续检测是否执行到暂停换料指令，直至模型完全打印完成，如果控制系统执行到暂停换料指令，则重复以上步骤完成换色工作。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或相近的方案而得到的其他应用于3D打印机的暂停换料方法，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于3D打印机的暂停换料方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：打印过程中，控制系统接收到暂停换料指令后阻塞打印指令队列，此时喷头和工作平台暂停移动，挤丝电机暂停运转以防止物料继续挤出，加热器继续加热喷头以方便后续的更换物料和继续打印；

步骤二：存储暂停位置信息和暂停时挤丝电机的挤丝长度信息；

步骤三：调整X轴电机、Y轴电机和Z轴电机使喷头和工作平台移动到程序设定的位置；

步骤四：挤丝电机反转将旧物料从喷头中移出；

步骤五：将新的物料插入喷头的进料口后，挤丝电机正转添加新物料；

步骤六：X轴电机、Y轴电机、Z轴电机运转使喷头和工作平台恢复到模型暂停打印时的位置，然后取消打印指令队列阻塞，继续执行模型打印指令，在打印过程中继续检测是否接收到暂停换料指令，直至模型完全打印完成，如果控制系统接收到暂停换料指令，则重复以上步骤；

所述暂停换料指令是挤丝电机入料口处设置的用于检测物料的光电传感器检测不到物料时向打印机控制系统发送的，或者所述暂停换料指令是在打印模型的程序指令中提前在需要换色的位置添加的；

在步骤四中，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离等于喷头加热腔到导丝管的距离，使熔融态的物料从喷头的加热腔中退出；之后挤丝电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料移出导丝管，物料移出后电机停止运转；

在步骤五中，挤丝电机先低速运转，预先设定运转距离为1-2厘米，使物料被挤出机卡住并进入导丝管，然后电机高速运转，预先设定运转距离等于导丝管长度，使物料通过导丝管进入到喷头加热腔中，之后挤丝电机低速运转，使进入加热腔中的物料变成熔融态，并从喷头挤出，当挤出物料的颜色和新物料的颜色相同并吐丝顺利时，电机停止运转，最后控制系统保存新物料信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的暂停换料方法，其特征在于：在步骤三中，首先控制系统控制Z轴电机使工作平台下降一段距离，然后控制系统控制X轴电机和Y轴电机使喷头移动到打印模型范围以外。