CN105500703A - 一种基于贝塞尔曲线的双芯片3d打印机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，涉及3D打印领域，包括采用中央控制模块和3D打印模块，其中，中央控制模块采用贝塞尔曲线模拟打印路径上坐标点之间运动轨迹控制3D打印模块执行打印任务，实现路径打印时点到点的连贯处理，3D打印模块根据中央控制模块的指令处理打印任务。中央控制模块采用贝塞尔曲线模拟得到某坐标点的速度矢量后，打印单元根据该速度矢量确定打印频率和从该坐标点到下一坐标点运动轨迹。中央控制模块包括第一芯片、第二芯片两片中央控制芯片，分别管理3D打印模块中的不同单元。本发明通过点与点之间的连贯处理大幅提升打印精度与产品表面的光滑度，同时通过双芯片对系统资源合理调配且简化了编程结构。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统。
背景技术
3D打印技术是近几年迅速发展起来的一种制造技术，突破性的实现了很多复杂结构的加工制造。其中，FDM快速成型技术是3D打印技术中应用比较广泛的一种，它以堆积层叠成型的原理打印。市面上的3D打印机是单芯片系统，它们在处理打印路径时采用的是直接取坐标的方式，将路径分割成数个点来实现打印。这使得包括FDM类3D打印机在内的众多开源3D打印机有着精度低、速度低、线性度低、系统不稳定、系统编程困难等缺点。
因此迫切需要设计一种可以将点与点之间做连贯处理的双芯片3D打印机系统，其可以通过点与点之间的连贯处理大幅提升打印精度与产品表面的光滑度，同时通过双芯片对系统资源合理调配且简化编程结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是由于3D打印机采用单芯片系统和对路径直接取坐标的打印方式而导致的打印精度低、速度低、线性度低、打印机系统不稳定、打印机系统编程困难的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提出一种基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其可以通过贝塞尔曲线的应用实现路径打印时点到点的连贯处理，同时通过双芯片对系统资源合理调配且简化编程结构。
根据本发明的一个方面，提出一种基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，包括中央控制模块和3D打印模块，其中：
中央控制模块，采用二次贝塞尔曲线模拟打印路径上坐标点之间运动轨迹控制3D打印模块执行打印任务，计算方式为，在路径上某一点上取与这个点最接近和次接近的下两个路径坐标点进行贝塞尔曲线模拟进而得到在这个点的速度标量；
3D打印模块，用于处理打印任务。
所述3D打印模块包括下载单元、打印单元、加热散热单元、复位单元以及外接单元，其中：
下载单元，用于接收打印任务；
打印单元，用于执行打印任务；
加热散热单元，用于加热打印用原料、实时监测原料温度和实时帮助成品降温；
复位单元，用于系统复位和重启；
外接单元，用于外部显示、存储和加速数字信号向模拟信号的转换。
所述中央控制模块包括第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片之间采用SPI通信方式，所述第一芯片与打印单元连接，所述第二芯片与加热散热单元连接，所述下载单元、复位单元和外接单元与第一芯片或第二芯片连接。
所述第一芯片与加热散热单元连接，所述第二芯片与打印单元连接，所述下载单元、复位单元和外接单元与第一芯片或第二芯片连接。
所述第一芯片和第二芯片均包括PCA模块、定时器模块，所述PCA模块和定时器模块根据速度标量控制打印单元，其中，所述定时器模块控制打印频率，所述PCA模块控制打印路径上坐标点之间的运动轨迹。
所述下载单元包括转接模块，其中，转接模块与中央控制模块连接。
所述打印单元包括挤出机、限位开关以及数台步进电机，其中，所述挤出机、限位开关和数台步进电机均分别与中央控制模块连接；所述挤出机与一台步进电机相连接。
所述加热散热单元包括热端、热床、温度采集模块以及散热模块，其中，热端、热床、温度采集模块以及散热模块均分别与中央控制模块连接。
所述复位单元包括复位开关，其中，复位开关与中央控制模块连接。
所述外接单元包括显示屏、存储卡和旋转编码器，其中，显示屏、存储卡和旋转编码器均分别于中央控制模块连接。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统可以合理调配系统资源、简化编程结构，其不仅减低了模块之间的耦合性，使得系统容易修改，而且推动了系统各个部分的并行开发，从而提高了软件的设计效率；同时，利用贝塞尔曲线实现的打印中点到点的连贯处理每个坐标与坐标间都能圆滑的连接，实现无缝化处理，很大程度上解决开源算法的效率低下的问题。
附图说明
通过下面的附图本领域技术人员将对本发明有更好的理解，并且更能清楚的体现出本发明的优点，附图中示出的各个部分是以实现本发明为目的的而不是对本发明进行限制。
图1示出本发明的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统的组成示意图。
图2示出实际应用中二次贝塞尔曲线求解示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
且在详细的解释本发明的实施例之前，应当理解，本发明在它的应用中并不能限制到在下面的描述中提出或者附图中示出的细节和部件的配置。本发明能够具有除了描述的那些之外的实施例，并能够以不同方式实施和进行。
同样的，本领域技术人员将认识到，本公开所基于的构思可以容易的用作设计其他结构和系统的基础，用于实施本发明的数个目的。
图1示出本发明的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统的组成示意图。
根据实施例，如图1所示，提供一种基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，包括中央控制模块和3D打印模块。其中，3D打印模块又包括下载单元、加热散热单元、打印单元、外接单元、复位单元。
双芯片结构中央控制模块的两片中央控制芯片都采用STC15单片机，分为第一芯片和第二芯片，两者之间采用SPI通信方式，而STC15型号的单片机是有PCA模块和定时器模块的。第一芯片控制3D打印模块中的下载单元、加热散热单元、外接单元以及复位单元，第二芯片控制打印单元。
模拟贝塞尔曲线的路径坐标间运动轨迹算法采用的是二次贝塞尔曲线，计算方式为，主要方式为，在路径上某一点上取与这个点最接近和次接近的下两个路径坐标点进行贝塞尔曲线模拟进而得到在这个点的速度标量。图2示出实际应用中二次贝塞尔曲线求解示意图。打印路径上三个相邻坐标A、B、C已给定，过B点作AC的平行线交速度V方向延长线与M，这个M点就是A和B间的控制点，即可得到m1和m2。且由步进电机的微分步可以推导出时间。则A点实际速度的计算方法如下：
vx(t)＝2xm1+2(xm2-xm1)tt∈[0，1]
vy(t)＝2ym1+2(ym2-ym1)tt∈[0，1]
其中，(xm1，ym1)为m1点的坐标，(xm2，ym2)为m2点的坐标。vx和vy分别是A点的横坐标速度和纵坐标速度，相加后构成A点的速度矢量，t为时间。
将模拟得到的速度标量经由第二芯片中的PCA模块和定时器模块输出到打印单元，其中，定时器模块控制打印频率，PCA模块控制打印路径上坐标点之间的运动轨迹。
下载单元采用CH340G型的转接芯片，负责任务程序的接收。CH340G型转接芯片与第一芯片连接。
打印单元包括挤出机、限位开关以及4台步进电机。4台步进电机分别控制直角坐标系中的三轴以及挤出机。挤出机、限位开关和数台步进电机均分别与第二芯片连接，挤出机与一台步进电机相连接。第二芯片中的PCA模块作用于三轴方向的3台步进电机，第二芯片中的定时器模块作用于控制挤出机的步进电机以及挤出机。
加热散热单元包括热端、热床、温度采集模块和散热模块。温度采集模块采用包括热敏电阻在内的一系列监测电路，而散热模块则主要采用风扇。热端、热床、温度采集模块以及散热模块均分别与第一芯片连接。
复位单元包括一个复位开关以及相关电路，负责整个系统的复位和重新启动。复位开关与第一芯片连接。
外接单元包括显示屏、存储卡以及旋转编码器。显示屏采用LCD屏。存储卡采用TF卡。LCD屏、TF卡和旋转编码器都分别于第一芯片连接。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，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 (10)
1.一种基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，包括中央控制模块和3D打印模块，其中：
中央控制模块，采用二次贝塞尔曲线模拟打印路径上坐标点之间运动轨迹控制3D打印模块执行打印任务，实现路径打印时点到点的连贯处理，计算方式为，在路径上某一点上取与这个点最接近和次接近的下两个路径坐标点进行贝塞尔曲线模拟进而得到在这个点的速度标量；
3D打印模块，用于根据中央控制模块的指令处理打印任务。
2.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述3D打印模块包括下载单元、打印单元、加热散热单元、复位单元以及外接单元，其中：
下载单元，用于接收打印任务；
打印单元，用于执行打印任务；
加热散热单元，用于加热打印用原料、实时监测原料温度和实时帮助成品降温；
复位单元，用于系统复位和重启；
外接单元，用于外部显示、存储和加速数字信号向模拟信号的转换。
3.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述中央控制模块包括第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片之间采用SPI通信方式；所述第一芯片与打印单元连接，所述第二芯片与加热散热单元连接，所述下载单元、复位单元和外接单元与第一芯片或第二芯片连接。
4.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述第一芯片与加热散热单元连接，所述第二芯片与打印单元连接，所述下载单元、复位单元和外接单元与第一芯片或第二芯片连接。
5.根据权利要求3或4所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述第一芯片和第二芯片均包括PCA模块、定时器模块，所述中央控制模块采用贝塞尔曲线计算出某坐标点的速度标量后，所述PCA模块和定时器模块根据速度标量控制打印单元，其中，所述定时器模块控制打印频率，所述PCA模块控制打印路径上坐标点之间的运动轨迹。
6.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述下载单元包括转接模块，且转接模块与中央控制模块连接。
7.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述打印单元包括挤出机、限位开关以及数台步进电机，其中，所述挤出机、限位开关和数台步进电机均分别与中央控制模块连接；所述挤出机与一台步进电机相连接。
8.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述加热散热单元包括热端、热床、温度采集模块以及散热模块，其中，热端、热床、温度采集模块以及散热模块均分别与中央控制模块连接。
9.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述复位单元包括复位开关，且复位开关与中央控制模块连接。
10.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的双芯片3D打印机系统，其特征在于，所述外接单元包括显示屏、存储卡和旋转编码器，其中，显示屏、存储卡和旋转编码器均分别与中央控制模块连接。
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