CN105346080A - 一种具有精确位移控制能力的智能3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机，包括两根立柱、架设在立柱上的横梁和设置在立柱底部的底座，所述底座的上方设有传送台，所述底座上设有存储接口和通讯接口，所述横梁上设有打印机构，该具有精确位移控制能力的智能3D打印机通过无线通讯模块与用户的通讯终端进行实时通讯，实现用户对智能3D打印机的远程实时监控；通过超声波发生模块和超声波接收模块控制超声波收发器对打印喷头的位置进行精确测量，再进行反馈，提高智能3D打印机的位移的精确性；同时位移控制模块通过反馈的测量数据控制水平移动组件，对打印喷头进行精确控制，从而提高了智能3D打印机的打印的精确性。

Description

一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机

技术领域

本发明涉及一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机。

背景技术

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

在现有技术中，普遍都是采用步进电机对打印喷头进行位移控制，但是由于缺少反馈，所以其位移精确度很难得到保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术位移控制精度不高的不足，提供一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机，包括两根立柱、架设在立柱上的横梁和设置在立柱底部的底座，所述底座的上方设有传送台，所述底座上设有存储接口和通讯接口，所述横梁上设有打印机构，所述打印机构包括水平移动组件和设置在水平移动组件下方的打印喷头，所述水平移动组件两侧设有超声波收发器；

所述底座中设有中央控制装置，所述中央控制装置包括中央控制系统、与中央控制系统连接的无线通讯模块、有线通讯模块、存储控制模块、打印控制模块、超声波发生模块、超声波接收模块和位移控制模块，所述通讯接口与有线通讯模块电连接，所述存储接口与存储控制模块电连接，所述打印喷头与打印控制模块电连接，所述超声波收发器分别与超声波发生模块、超声波接收模块电连接，所述水平移动组件与位移控制模块电连接。

作为优选，所述超声波发生模块包括超声波发生电路，所述超声波发生电路包括第一集成电路、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，所述第一集成电路的型号为NE555，所述第一集成电路的接地端接地，所述第一集成电路的控制端通过第二电容接地，所述第一集成电路的重置端和电源端均外接5V直流电压电源，所述第一集成电路的放电端通过第一电阻外接5V直流电压电源，所述第一集成电路的放电端通过第二电阻和第一电容组成的串联电路接地，所述第一集成电路的触发点端和重置锁定端连接，所述第一集成电路的的触发点端分别与第二电阻和第一电容连接。

作为优选，所述超声波接收模块包括超声波接收电路，所述超声波接收电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和超声波接收头，所述第一运算放大器的反相输入端通过第四电阻、第四电容和超声波接收头组成的串联电路接地，所述第三电容和第三电阻组成的并联电路与超声波接收头连接，所述第一运算放大器的反相输入端通过第五电阻与第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的同相输入端通过第五电容接地，所述第一运算放大器的同相输入端与第二运算放大器的同相输入端连接，所述第二运算放大器的同相输入端通过第七电阻接地，所述第二运算放大器的同相输入端通过第九电阻外接9V直流电压电源，所述第二运算放大器的反相输入端通过第六电阻和第六电容组成的串联电路与第一运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的反相输入端通过第八电阻与第二运算放大器的输出端连接。

作为优选，为了提高3D打印机的实用性，所述存储接口为USB接口，所述通讯接口为以太网接口。

作为优选，为了提高3D打印机的位移的控制精度，所述水平移动组件包括驱动电机，所述驱动电机为直流伺服电机。

作为优选，为了提高3D打印机的无线信号传输的可靠性，所述无线通讯模块通过WIFI传输无线信号。

作为优选，为了提高3D打印机的有线通讯的可靠性，所述有线通讯模块的通讯协议为RS485通讯协议。

作为优选，为了提高3D打印机的超声波接收电路的精确性和可靠性，所述第一运算放大器和第二运算放大器的型号均为LM324。

本发明的有益效果是，该具有精确位移控制能力的智能3D打印机通过无线通讯模块与用户的通讯终端进行实时通讯，实现用户对智能3D打印机的远程实时监控；通过超声波发生模块和超声波接收模块控制超声波收发器对打印喷头的位置进行精确测量，再进行反馈，提高智能3D打印机的位移的精确性；同时位移控制模块通过反馈的测量数据控制水平移动组件，对打印喷头进行精确控制，从而提高了智能3D打印机的打印的精确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的具有精确位移控制能力的智能3D打印机的结构示意图；

图2是本发明的具有精确位移控制能力的智能3D打印机的超声波发生电路的电路原理图；

图3是本发明的具有精确位移控制能力的智能3D打印机的超声波接收电路的电路原理图；

图4是本发明的具有精确位移控制能力的智能3D打印机的系统原理图；

图中：1.横梁，2.立柱，3.水平移动组件，4.打印喷头，5.超声波收发器，6.传送台，7.底座，8.通讯接口，9.存储接口，10.中央控制系统，11.无线通讯模块，12.有线通讯模块，13.存储控制模块，14.打印控制模块，15.超声波发生模块，16.超声波接收模块，17.位移控制模块，U1.第一集成电路，U2.第二集成电路，U3.第三集成电路，R1.第一电阻，R2.第二电阻，R3.第三电阻，R4.第四电阻，R5.第五电阻，R6.第六电阻，R7.第七电阻，R8.第八电阻，R9.第九电阻，C1.第一电容，C2.第二电容，C3.第三电容，C4.第四电容，C5.第五电容，C6.第六电容，B1.超声波接收头。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图4所示，一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机，包括两根立柱2、架设在立柱2上的横梁1和设置在立柱2底部的底座7，所述底座7的上方设有传送台6，所述底座7上设有存储接口9和通讯接口8，所述横梁1上设有打印机构，所述打印机构包括水平移动组件3和设置在水平移动组件3下方的打印喷头4，所述水平移动组件3两侧设有超声波收发器5；

所述底座7中设有中央控制装置，所述中央控制装置包括中央控制系统10、与中央控制系统10连接的无线通讯模块11、有线通讯模块12、存储控制模块13、打印控制模块14、超声波发生模块15、超声波接收模块16和位移控制模块17，所述通讯接口8与有线通讯模块12电连接，所述存储接口9与存储控制模块13电连接，所述打印喷头4与打印控制模块14电连接，所述超声波收发器5分别与超声波发生模块15、超声波接收模块16电连接，所述水平移动组件3与位移控制模块17电连接。

作为优选，所述超声波发生模块15包括超声波发生电路，所述超声波发生电路包括第一集成电路U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，所述第一集成电路U1的型号为NE555，所述第一集成电路U1的接地端接地，所述第一集成电路U1的控制端通过第二电容C2接地，所述第一集成电路U1的重置端和电源端均外接5V直流电压电源，所述第一集成电路U1的放电端通过第一电阻R1外接5V直流电压电源，所述第一集成电路U1的放电端通过第二电阻R2和第一电容C1组成的串联电路接地，所述第一集成电路U1的触发点端和重置锁定端连接，所述第一集成电路U1的的触发点端分别与第二电阻R2和第一电容C1连接。

作为优选，所述超声波接收模块16包括超声波接收电路，所述超声波接收电路包括第一运算放大器U2、第二运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和超声波接收头B1，所述第一运算放大器U2的反相输入端通过第四电阻R4、第四电容C4和超声波接收头B1组成的串联电路接地，所述第三电容C3和第三电阻R3组成的并联电路与超声波接收头B1连接，所述第一运算放大器U2的反相输入端通过第五电阻R5与第一运算放大器U2的输出端连接，所述第一运算放大器U2的同相输入端通过第五电容C5接地，所述第一运算放大器U2的同相输入端与第二运算放大器U3的同相输入端连接，所述第二运算放大器U3的同相输入端通过第七电阻R7接地，所述第二运算放大器U3的同相输入端通过第九电阻R9外接9V直流电压电源，所述第二运算放大器U3的反相输入端通过第六电阻R6和第六电容C6组成的串联电路与第一运算放大器U2的输出端连接，所述第二运算放大器U3的反相输入端通过第八电阻R8与第二运算放大器U3的输出端连接。

作为优选，为了提高3D打印机的实用性，所述存储接口9为USB接口，所述通讯接口8为以太网接口。

作为优选，为了提高3D打印机的位移的控制精度，所述水平移动组件3包括驱动电机，所述驱动电机为直流伺服电机。

作为优选，为了提高3D打印机的无线信号传输的可靠性，所述无线通讯模块11通过WIFI传输无线信号。

作为优选，为了提高3D打印机的有线通讯的可靠性，所述有线通讯模块12的通讯协议为RS485通讯协议。

作为优选，为了提高3D打印机的超声波接收电路的精确性和可靠性，所述第一运算放大器U2和第二运算放大器U3的型号均为LM324。

该具有精确位移控制能力的智能3D打印机的工作原理是：通过架设在立柱2顶端的横梁1上设有的打印机构进行打印，其中打印机构中的水平移动组件3用来控制打印喷头4的移动，从而保证打印喷头4的移动打印，同时通过超声波收发器5对打印喷头4的位置进行精确的测量，再进行反馈，通过水平移动组件3进行调整，从而保证了打印喷头4的精确位移。

该具有精确位移控制能力的智能3D打印机中：无线通讯模块11用于使得智能3D打印机与用户的通讯终端进行实时通讯，实现用户对智能3D打印机的远程实时监控；有线通讯模块12用于通过通讯接口8与电脑终端进行通讯，通过电脑进行实时操控智能3D打印机，存储控制模块13通过存储接口9对数据进行存储，提高了智能3D打印机的实用性；打印控制模块14通过控制打印喷头4进行打印，实现了智能3D打印机的打印的可靠性；超声波发生模块15和超声波接收模块16用于控制超声波收发器5进行超声波的收发，从而来监测打印喷头4的位置，进行反馈，提高智能3D打印机的位移的精确性；位移控制模块17用于通过超声波收发器5的测量数据控制水平移动组件3，对打印喷头4进行精确控制，从而提高了智能3D打印机的打印的精确性；中央控制系统10用于控制各个模块。提高了智能3D打印机的智能化。

该具有精确位移控制能力的智能3D打印机中的超声波发生电路，第一集成电路U1的型号为NE555，通过常规的元器件进行控制超声波的发出，从而保证性能的同时，降低了生产成本。

该具有精确位移控制能力的智能3D打印机中的超声波接收电路，通过超声波接收头B1对超声波进行接收，再通过第一运算放大器U2和第二运算放大器U3组成的二级放大电路进行信号放大，从而提高了信号检测的可靠性。

与现有技术相比，该具有精确位移控制能力的智能3D打印机通过无线通讯模块11与用户的通讯终端进行实时通讯，实现用户对智能3D打印机的远程实时监控；通过超声波发生模块15和超声波接收模块16控制超声波收发器5对打印喷头4的位置进行精确测量，再进行反馈，提高智能3D打印机的位移的精确性；同时位移控制模块17通过反馈的测量数据控制水平移动组件3，对打印喷头4进行精确控制，从而提高了智能3D打印机的打印的精确性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，包括两根立柱(2)、架设在立柱(2)上的横梁(1)和设置在立柱(2)底部的底座(7)，所述底座(7)的上方设有传送台(6)，所述底座(7)上设有存储接口(9)和通讯接口(8)，所述横梁(1)上设有打印机构，所述打印机构包括水平移动组件(3)和设置在水平移动组件(3)下方的打印喷头(4)，所述水平移动组件(3)两侧设有超声波收发器(5)；

所述底座(7)中设有中央控制装置，所述中央控制装置包括中央控制系统(10)、与中央控制系统(10)连接的无线通讯模块(11)、有线通讯模块(12)、存储控制模块(13)、打印控制模块(14)、超声波发生模块(15)、超声波接收模块(16)和位移控制模块(17)，所述通讯接口(8)与有线通讯模块(12)电连接，所述存储接口(9)与存储控制模块(13)电连接，所述打印喷头(4)与打印控制模块(14)电连接，所述超声波收发器(5)分别与超声波发生模块(15)、超声波接收模块(16)电连接，所述水平移动组件(3)与位移控制模块(17)电连接。

2.如权利要求1所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述超声波发生模块(15)包括超声波发生电路，所述超声波发生电路包括第一集成电路(U1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)，所述第一集成电路(U1)的型号为NE555，所述第一集成电路(U1)的接地端接地，所述第一集成电路(U1)的控制端通过第二电容(C2)接地，所述第一集成电路(U1)的重置端和电源端均外接5V直流电压电源，所述第一集成电路(U1)的放电端通过第一电阻(R1)外接5V直流电压电源，所述第一集成电路(U1)的放电端通过第二电阻(R2)和第一电容(C1)组成的串联电路接地，所述第一集成电路(U1)的触发点端和重置锁定端连接，所述第一集成电路(U1)的的触发点端分别与第二电阻(R2)和第一电容(C1)连接。

3.如权利要求1所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述超声波接收模块(16)包括超声波接收电路，所述超声波接收电路包括第一运算放大器(U2)、第二运算放大器(U3)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)和超声波接收头(B1)，所述第一运算放大器(U2)的反相输入端通过第四电阻(R4)、第四电容(C4)和超声波接收头(B1)组成的串联电路接地，所述第三电容(C3)和第三电阻(R3)组成的并联电路与超声波接收头(B1)连接，所述第一运算放大器(U2)的反相输入端通过第五电阻(R5)与第一运算放大器(U2)的输出端连接，所述第一运算放大器(U2)的同相输入端通过第五电容(C5)接地，所述第一运算放大器(U2)的同相输入端与第二运算放大器(U3)的同相输入端连接，所述第二运算放大器(U3)的同相输入端通过第七电阻(R7)接地，所述第二运算放大器(U3)的同相输入端通过第九电阻(R9)外接9V直流电压电源，所述第二运算放大器(U3)的反相输入端通过第六电阻(R6)和第六电容(C6)组成的串联电路与第一运算放大器(U2)的输出端连接，所述第二运算放大器(U3)的反相输入端通过第八电阻(R8)与第二运算放大器(U3)的输出端连接。

4.如权利要求1所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述存储接口(9)为USB接口，所述通讯接口(8)为以太网接口。

5.如权利要求1所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述水平移动组件(3)包括驱动电机，所述驱动电机为直流伺服电机。

6.如权利要求1所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述无线通讯模块(11)通过WIFI传输无线信号。

7.如权利要求1所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述有线通讯模块(12)的通讯协议为RS485通讯协议。

8.如权利要求3所述的具有精确位移控制能力的智能3D打印机，其特征在于，所述第一运算放大器(U2)和第二运算放大器(U3)的型号均为LM324。