CN105599308A - 3d打印机机头内挤料步进电机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法，包括以下步骤：（1）在打印机头的承载驱动机构上设置光信号发射件；使打印机的控制主板与光信号发射件电连接；（2）使光信号发射件读取来自控制主板的电信号并据此发射红外μs波闪信号；（3）设置光信号反射板使其将接收到的红外μs波闪信号反射出去；（4）在打印机头上设置光信号接收件，所述光信号接收件与挤料步进电机电连接；（5）使所述光信号接收件在打印过程中其始终能接收到所述信号反射板所反射的信号；（6）接光信号接收件读取红外μs波闪信号并进行解析后发送电控信号至打印机机头内的挤料电机供其执行。本发明解决现有3D打印机机头中所存在的空间浪费，打印面积缩小的问题。

Description

3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体地说是一种3D打印机。
背景技术
目前，市场上3D打印机机头上设置有加热电源线、温控器信号线、电机信号线、风扇控制线以及电源线。这些线缆暴露在机头外，一方面只有高质量的线材才能满足使用要求，另一方面，机头中各种传输电线缠绕在一起，打印过程中，随着机头的移动，各种传输电线随着机头同步运动而不断发生折弯，为了避免传输电线弯折可能带来的潜在的危害，不得不对其进行包裹保护，这种占用机头顶部空间的包裹保护造成打印空间的浪费，无形中导致了打印面积的缩小，另外，繁杂的布线给安装和使用带来不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印机及3D打印机机头内挤料步进电机控制系统，以解决现有3D打印机机头中所存在的空间浪费，打印面积缩小的问题。
本发明是这样实现的：
3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法，包括以下步骤：
（1）在打印机头的承载驱动机构上设置光信号发射件，所述光信号发射件包括电连接的发射端MCU芯片和红外信号发射器；使打印机的控制主板与发射端MCU芯片电连接；所述的光信号发射件包括发射端MCU芯片和红外信号发射器；
（2）使发射端MCU芯片读取来自控制主板的电信号并据此控制红外信号发射器发射红外μs波闪信号；
（3）在红外信号发射器发射的光信号线路上设置沿该线路滑移的光信号反射板，使其将接收到的红外μs波闪信号反射出去；
（4）在打印机头上设置光信号接收件，所述光信号接收件包括电连接的红外信号接收器和接收端MCU芯片；使接收端MCU芯片与挤料步进电机电连接；
（5）使打印机头上的所述光信号接收件在打印过程中始终位于红外信号反射板所反射的信号线路上，以使其始终能接收到所述信号反射板所反射的信号；
（6）接收端MCU芯片读取红外信号接收器接收的红外μs波闪信号并进行解析后发送电控信号至打印机机头内的挤料电机供其执行。
本发明的方法中，所述打印机头的承载驱动机构包括两条长度相同且平行布置的条板、在所述两条板各端部固定的承载座、在所述承载座上安装的X轴电机、Y轴电机以及在相邻的所述各承载座之间安装的传动杆、滑动杆；所述X轴电机、所述Y轴电机驱动的X轴主传动杆、Y轴主传动杆通过X轴传动带、Y轴传动带驱动X轴从动杆、Y轴从动杆；在所述各X轴传动皮带、所述各Y轴传动带上均设置有X轴滑移件、Y轴滑移件，所述X轴滑移件、所述Y轴滑移件上设置有滑动轴承或穿接孔，用于穿接在X轴滑动杆、Y轴滑动杆；所述两X轴滑移件之间设置有Y轴中心滑杆，所述两Y轴滑移件之间设置有X轴中心滑杆，打印机头上设置有两个滑移孔，所述两个滑移孔分别穿接X轴中心滑杆和Y轴中心滑杆；所述光信号发射件安装于承载座上，所述光信号反射板安装于所述X轴中心滑杆或Y轴中心滑杆，所述的光信号反射板与所述光信号的入射方向成45°角设置。
本发明的方法用于3D打印机时，3D打印机包括控制主板、打印机头以及打印机头承载驱动机构；所述打印机头承载驱动机构上设置有光信号发射件以及光信号反射板，所述打印机头上设置有光信号接收件；所述光信号发射件与控制主板电连接，用于将接收自所述控制主板的电信号转化为光信号并发出；所述光信号反射板用于将所述光信号发射件所发射的光信号接收并反射；所述光信号接收件用于接收来自所述信号反射板的光信号并解析后对打印机头内的挤料步进电机进行控制。
本发明的方法用于3D打印机时，所述的3D打印机中，所述光信号发射件位置固定地安装于打印机头承载驱动机构上；所述光信号反射板安装于滑移件上，所述滑移件使所述光信号反射板的滑移路线与所述信号发射件所发射光信号的信号路线重合以保证所述光信号发射件与所述光信号反射板之间的位置对应，所述光信号反射板与所述打印机头在与信号路线平行的方向上同步移动以保证所述光信号接收件与所述光信号反射板之间的位置对应。
本发明的方法用于3D打印机时，所述的3D打印机中，还包括底板和承载打印产品的升降基础板；在所述底板上安装有纵轴滑动支撑杆、纵轴电机以及由纵轴电机驱动的纵向螺杆轴；所述升降基础板通过螺接件安装于所述纵向螺杆轴上；所述打印机头承载驱动机构安装于纵轴滑动支撑杆顶部。
本发明的方法用于3D打印机时，所述的3D打印机中，所述的机头X轴中心滑杆和机头Y轴中心滑杆分接电源两极，用于向设置于打印机头内的用电装置供电。
本发明的方法用于3D打印机时，所述的3D打印机中，所述的光信号发射件包括发射端MCU芯片和红外信号发射器；所述发射端MCU芯片用于接收来自所述控制主板的电信号并依据该电信号控制红外信号发射器发出红外μs波闪信号。
本发明的方法用于3D打印机时，所述的3D打印机中，所述的光信号接收件包括红外信号接收器和接收端MCU芯片；所述红外信号接收器用于接收红外μs波闪信号并发送至接收端MCU芯片，所述接收端MCU芯片将接收到的信号进行解析后向挤料电机发送控制信号。
本发明的方法用于3D打印机时，所述的3D打印机中，所述的3D打印机无线驱动系统，其特征在于，所述的光信号反射板与所述光信号的入射方向成45°角设置。
本发明的方法用于3D打印机时，3D打印机机头内挤料步进电机控制系统包括安装于打印机机头壳体内的挤料步进电机、安装于打印机头承载驱动机构的控制主板以及将控制主板内的控制信息传输至挤料步进电机的信号传输系统；所述信号传输系统包括安装于打印机头承载驱动机构的光信号发射件、光信号反射板以及光信号接收件，所述光信号发射件与控制主板电连接，所述光信号接收件设置于打印机头内并与机头内的挤料步进电机电连接。
所述的3D打印机机头内挤料步进电机控制系统中，光信号发射件包括电连接的发射端MCU芯片和红外信号发射器；光信号接收件包括电连接的红外信号接收器和接收端MCU芯片。
本发明的3D打印机的基础结构如底板、升降基础板的结构、X轴电机、Y轴电机以及纵轴电机的控制等可以采用现有技术中的任何已知的或是本领域技术人员可以常规实现的结构，本发明的一个关键点是对打印机机头内挤料步进电机的控制系统作了改进。本发明的另一个关键改进点在于打印机头内的用电装置的供电系统，该系统包括分接电源两极的打印机头的机头X轴中心滑杆和机头Y轴中心滑杆，所述机头X轴中心滑杆和机头Y轴中心滑杆用于向设置于打印机头内的用电装置供电。所述的用电装置包括挤料步进电机、风扇、加热器、温控器等机构。本发明采用中心滑动轴代替电源线，光信号无线传输替代信号连接输送线，有效解决了多条电源线和信号线做综合电缆时，会产生信号互相干扰以及机头行走过程中造成线缆疲劳、线缆老化等问题，完全解决了信号干扰、线路老化及疲劳度问题。
附图说明
图1是本发明3D打印机的结构示意图。
图2是本发明3D打印机的挤料布进电机控制系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作例举性说明，但不构成对本发明的任何限制。
3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法包括以下步骤：
（1）在打印机头的承载驱动机构上设置光信号发射件，所述光信号发射件包括电连接的发射端MCU芯片和红外信号发射器；使打印机的控制主板与发射端MCU芯片电连接；所述的光信号发射件包括发射端MCU芯片和红外信号发射器；
（2）使发射端MCU芯片读取来自控制主板的电信号并据此控制红外信号发射器发射红外μs波闪信号；
（3）在红外信号发射器发射的光信号线路上设置沿该线路滑移的光信号反射板，使其将接收到的红外μs波闪信号反射出去；
（4）在打印机头上设置光信号接收件，所述光信号接收件包括电连接的红外信号接收器和接收端MCU芯片；使接收端MCU芯片与挤料步进电机电连接；
（5）使打印机头上的所述光信号接收件在打印过程中始终位于红外信号反射板所反射的信号线路上，以使其始终能接收到所述信号反射板所反射的信号；
（6）接收端MCU芯片读取红外信号接收器接收的红外μs波闪信号并进行解析后发送电控信号至打印机机头内的挤料电机供其执行。
下面结合图1、图2对本发明的方法在3D打印机中的应用进行说明。
图1、图2所示，3D打印机包括底板18，在底板18上对称安装有四根纵轴滑动支撑杆14、对称设置的两纵轴电机17以及由各纵轴电机驱动的两纵向螺杆轴15。在纵向螺杆轴15上通过螺接件安装有升降基础板16，在升降基础板16上还安装有穿接于纵轴滑动支撑杆14的基础板滑杆固定件19。在纵轴滑动支撑杆14的顶部安装有承载打印机头28的打印机头承载驱动机构。打印机头28位于升降基础板16的上方。打印机头承载驱动机构包括固定于纵轴滑动支撑杆14顶部的两条长度相同且平行布置的条板11，纵向螺杆轴15的上端穿接在固定于条板11上的滑动轴承内。在两条板11的各端部固定有承载座10。共计四个，该四个承载座对称布置。在其中一承载座上安装有X轴电机1，另一承载座上安装有Y轴电机23。在相邻的各承载座之间安装有传动杆及滑动杆，与X轴电机1、Y轴电机23的输出轴相接的传动杆为X轴主传动杆27、Y轴主传动杆22。与X轴主传动杆27、Y轴主传动杆22平行设置的传动杆为X轴从动杆12、Y轴从动杆5。X轴主传动杆27与X轴从动杆12的两端部之间设置有两平行的Y轴传动皮带9。在Y轴主传动杆22与Y轴从动杆5的两端部之间设置有两平行的X轴传动皮带31。在两Y轴传动皮带9上分别设置有对应设置的Y轴滑移件8，在两X轴传动皮带31上分别设置有对应设置的X轴滑移件13。在两X轴滑移件13之间安装有机头Y轴中心滑杆26，在两Y轴滑移件8之间安装有机头X轴中心滑杆21。打印机头28上设置有用于分别穿接X轴中心滑杆21和Y轴中心滑杆26的滑移孔。Y轴滑移件8设置有滑动轴承7，用于穿接在Y轴滑动杆6，X轴滑移件13设置有滑动轴承25，用于穿接在X轴滑动杆32。所述的机头X轴中心滑杆和机头Y轴中心滑杆分接电源两极，用于向设置于打印机头内的用电装置供电，从而避免在机头内布置众多电线电缆。
图1、图2所示，光信号发射件3固定安装于承载座10上。控制主板2与光信号发射件3之间电连接，两者均为固定位置安装，因此其相对位置也固定，两者通过有线实现电连接。光信号发射件3包括电连接的发射端MCU芯片和红外信号发射器，发射端MCU芯片用于读取来自控制主板的电信号并据此控制红外信号发射器以连续波的形式向外发射红外μs波闪信号。光信号反射板29安装于滑移件上，滑移件带动光信号反射板29沿红外μs波闪信号的信号路线滑移，使光信号反射板在滑移过程中始终能正常接收红外μs波闪信号并进行反射，本实施方式中将承载光信号反射板29的滑移件固定于机头X轴中心滑杆21的端部。打印机头上设置有与机头内的挤料步进电机电连接的光信号接收件30。光信号接收件30包括电连接的红外信号接收器和接收端MCU芯片。红外信号接收器用于接收光信号反射板29反射来的红外μs波闪信号并由接收端MCU芯片进行解析后发送电控信号至打印机机头内的挤料电机供其执行。光信号反射板29与打印机头主体壳28在与红外信号发射器发射的信号路线平行的方向上同步移动以保证光信号接收件30与光信号反射板29之间的位置始终对应，从而保证光信号始终正常接收。图2中，光信号反射板29以与红外信号发射器发射的光信号的入射方向成45°角的方向固定于机头X轴中心滑杆21的端部，从而使得其在打印过程中既始终位于红外信号发射器发射的信号线路上，又与打印机头同步移动，进而保证红外μs波闪信号自红外信号发射器经红外信号反射板至红外信号接收器的顺利传送、接收。光信号发射件3和光信号反射板29也可以安装于其它位置，如光信号反射板也可以安装于Y轴中心滑杆26的端部，只要各个部件的相对位置能满足红外μs波闪信号自红外信号发射器经红外信号反射板至红外信号接收器的顺利传送、接收即可。
本发明中，光信号发射件3中的发射端MCU芯片通过读取来自控制主板的信息控制红外信号发射器发送红外μs波闪信号。光信号接收件30中的接收端MCU芯片读取并解析红外信号接收器所接收到的红外μs波闪信号后向挤料步进电机发出相应的电控信号，挤料电机完成相应动作。
本发明是通过编程技术配合芯片技术，将电子信号或光信号转化为以微秒为单位发射一个命令信号从而实现发射、接收、执行的信号传输技术。其速度更快，传播的信息量更大，是不间断的持续传播，并且不会相互干扰，也不会受到任何电磁干扰，用于3D打印机信号传输，可有效避免多台打印机头之间信息传输的互相干扰。普通的红外线信号和线信号是点式单命令信号传输，其命令速度以秒为单位计算。本发明的红外μs波闪信号传输的命令速度以微秒为单位，后者的信号量是前者信号量的2500倍。信号持续时间在500微秒（μs）以上的为长波信号；信号持续时间在500微秒（μs）以下的为短波信号；1秒内闪2000次以下的为慢闪信号；1秒内闪2000次以上的为快闪信号。前述长波信号、短波信号、快闪信号以及慢闪信号的界定值可以根据实际需求而定。长短波信号更稳定，不受外界光的影响，可以准确的发送和接收，因此用长波信号来控制步进电机的前进后退。快闪信号与慢闪信号用来控制电机的解锁与开锁，在机头移动过程中材料会有拉动的力量，这种力量可使电机倒转，材料从机头中脱出，电机锁死后就不会有这种情况发生。长短波信号用来控制步进电机的进退，波源快速稳定准确，少受外界信号和光的干扰，快慢闪信号控制电机锁开关是为了和电机进退有较好的区别，所有信号是由一个发射点发出的，一个接受点接收并分类执行的，由此互不干扰，达到对设备精确指挥的目的。

Claims (3)

1.3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在打印机头的承载驱动机构上设置光信号发射件，所述光信号发射件包括电连接的发射端MCU芯片和红外信号发射器；使打印机的控制主板与发射端MCU芯片电连接；所述的光信号发射件包括发射端MCU芯片和红外信号发射器；
（2）使发射端MCU芯片读取来自控制主板的电信号并据此控制红外信号发射器发射红外μs波闪信号；
（3）在红外信号发射器发射的光信号线路上设置沿该线路滑移的光信号反射板，使其将接收到的红外μs波闪信号反射出去；
（4）在打印机头上设置光信号接收件，所述光信号接收件包括电连接的红外信号接收器和接收端MCU芯片；使接收端MCU芯片与挤料步进电机电连接；
（5）使打印机头上的所述光信号接收件在打印过程中始终位于红外信号反射板所反射的信号线路上，以使其始终能接收到所述信号反射板所反射的信号；
（6）接收端MCU芯片读取红外信号接收器接收的红外μs波闪信号并进行解析后发送电控信号至打印机机头内的挤料电机供其执行。
2.根据权利要求1所述的3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法，其特征在于，所述打印机头的承载驱动机构包括两条长度相同且平行布置的条板、在所述两条板各端部固定的承载座、在所述承载座上安装的X轴电机、Y轴电机以及在相邻的所述各承载座之间安装的传动杆、滑动杆；所述X轴电机、所述Y轴电机驱动的X轴主传动杆、Y轴主传动杆通过X轴传动带、Y轴传动带驱动X轴从动杆、Y轴从动杆；在所述各X轴传动皮带、所述各Y轴传动带上均设置有X轴滑移件、Y轴滑移件，所述X轴滑移件、所述Y轴滑移件上设置有滑动轴承或穿接孔，用于穿接在X轴滑动杆、Y轴滑动杆；所述两X轴滑移件之间设置有Y轴中心滑杆，所述两Y轴滑移件之间设置有X轴中心滑杆，打印机头上设置有两个滑移孔，所述两个滑移孔分别穿接X轴中心滑杆和Y轴中心滑杆；所述光信号发射件安装于承载座上，所述光信号反射板安装于所述X轴中心滑杆或Y轴中心滑杆，所述的光信号反射板与所述光信号的入射方向成45°角设置。
3.根据权利要求2所述的3D打印机机头内挤料步进电机的控制方法，其特征在于，所述的机头X轴中心滑杆和机头Y轴中心滑杆分接电源两极，用于向设置于打印机头内的用电装置供电。
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