CN105677264A - 分布厢式三维打印系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增材制造领域，具体提供一种分布厢式三维打印系统和方法，旨在解决现有3D打印设备由于单台设备独立工作而无法实现3D打印技术规模化生产的问题。为此目的，本发明的系统包括：三维打印设备，其包括机箱和设置在机箱内的多个三维打印机；客户端装置，其为总机提供三维设计的订单；总机，其与所述多个三维打印机和所述客户端装置连通，用于根据来自所述客户端装置的订单来控制和监测所述多个三维打印机的运行。由于将多台三维打印机分别放在离散设置的多个箱室内，并且通过电源线和网线连接到总机或服务器，因此，本发明使三维打印技术具备了物联网系统的条件，能够对多台3D打印机进行集约化管理和调度，实现规模化生产。

Description

分布厢式三维打印系统和方法
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体提供一种分布厢式三维打印系统和方法。
背景技术
增材制造技术，既3D打印技术，是一种三维实体快速成形制造新技术，它综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势。经过多年发展，已经可以实现金属、塑料、尼龙、生物材料等多材料的制作。越来越多地应用于航空航天、医疗健康、艺术设计、建筑、生活用品等领域。
现有技术中，民用3D打印设备是通过连接PC、局域网或者SD数据卡，接收打印数据，完成打印。然而，由于现有的民用3D打印设备都是单台设备通过连接PC、局域网或者SD数据卡来接收打印数据并完成打印，因此，会受到地理位置、操作者的水平以及指令发出端(PC等)的限制，从而导致增材制造技术(即3D打印技术)无法实现规模化生产，因而不能成为完全的生产力工具。
因此，本领域需要一种新的系统和方法来解决上述问题。
发明内容
本发明旨在解决现有3D打印设备由于单台设备独立工作而无法实现3D打印技术规模化生产的问题。为此目的，本发明提供了一种分布厢式三维打印系统。该系统的特征在于包括：三维打印设备，其包括机箱和设置在机箱内的多个三维打印机；客户端装置，其为总机提供三维设计的订单；所述总机，其与所述多个三维打印机和所述客户端装置连通，用于根据来自所述客户端装置的订单来控制和监测所述多个三维打印机的运行。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述机箱内可滑动地设置有多个水平托盘，所述托盘将所述机箱的内部分隔成多个箱室，所述三维打印机固定地安装在所述水平托盘上。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述客户端装置包括电商平台和联网的个人电脑或其他上网设备。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述总机是安装有系统软件或者能够运行系统程序的服务器。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述总机根据来自所述客户端装置的订单数据并结合监测到的每个三维打印机的工作状态来确定执行特定订单的具体打印机。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述订单数据包括待打印物品的颜色、体积和材料，并且所述每个三维打印机的工作状态包括剩余打印时间、剩余材料、故障时间和已完成订单数量。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述总机通过下列步骤确定每个三维打印机的剩余打印时间：将待打印物品的三维模型分割成多个切片；确定每个切片的厚度和面积并因此确定每个切片的材料体积；确定当前打印切片的序数；以及根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述确定当前打印切片的序数的步骤进一步包括根据打印头的累积Z轴参数调整次数来确定当前打印切片的序数。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间的步骤进一步包括下列步骤：确定当前打印切片的已打印时间；以及根据当前打印切片的材料体积、已打印时间和切片序数以及打印机中的剩余材料来确定剩余打印时间。
在上述分布厢式三维打印系统的优选实施方式中，所述确定当前打印切片的已打印时间的步骤进一步包括根据最近一次Z轴参数调整时间和当前时间来确定当前打印切片的已打印时间。
根据本发明的另一个方面，提供一种分布厢式三维打印方法。该方法的特征在于采用上述各个方案的系统并且包括下列步骤：从客户端装置获取订单数据；监测每个三维打印机的工作状态；根据所述订单数据和监测到的所述每个三维打印机的工作状态来确定由哪一台三维打印机执行特定订单。
在上述分布厢式三维打印方法的优选实施方式中，所述订单数据包括待打印物品的颜色、体积和材料，并且所述每个三维打印机的工作状态包括剩余打印时间、剩余材料、故障时间和已完成订单数量。
在上述分布厢式三维打印方法的优选实施方式中，所述总机通过下列步骤确定每个三维打印机的剩余打印时间：将待打印物品的三维模型分割成多个切片；确定每个切片的厚度和面积并因此确定每个切片的材料体积；确定当前打印切片的序数；以及根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间。
在上述分布厢式三维打印方法的优选实施方式中，所述确定当前打印切片的序数的步骤进一步包括根据打印头的累积Z轴参数调整次数来确定当前打印切片的序数。
在上述分布厢式三维打印方法的优选实施方式中，所述根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间的步骤进一步包括下列步骤：确定当前打印切片的已打印时间；以及根据当前打印切片的材料体积、已打印时间和切片序数以及打印机中的剩余材料来确定剩余打印时间。
在上述分布厢式三维打印方法的优选实施方式中，所述确定当前打印切片的已打印时间的步骤进一步包括根据最近一次Z轴参数调整时间和当前时间来确定当前打印切片的已打印时间。
本领域技术人员能够理解的是，本发明将机箱的内部分隔成多个箱室，并且将多台三维打印机分别放在独立的箱室内，电源线和网线分别通过机箱顶部的电源线孔和网线孔连接到总机或服务器，因此能够对多台3D打印机进行集约化管理和调度，实现规模化生产。换句话说，本发明使三维打印技术具备结合物联网系统的条件，可以通过单台总机或服务器来协调海量订单和离散分布的多台打印机，从而实现工业化、规模化的3D打印生产和管理。
附图说明
图1是根据本发明的分布厢式三维打印系统的结构示意图。
图2是根据本发明的分布厢式三维打印设备的立体图。
图3是根据本发明的分布厢式三维打印设备的另一立体图，其中示出了打印设备的内部结构。
图4是根据本发明的分布厢式三维打印方法的流程图。
图5是根据本发明的三维打印剩余时间估算方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的基本原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管本申请中以特定顺序描述三维打印方法的各个步骤，但是在不偏离基本原理的前提下，本领域技术人员显然能够以不同于此处所述的其他顺序来执行所述步骤。这种改变没有超出本发明的技术构思，因此也将落入本发明的保护范围之内。
首先参阅图1、2和3，本发明的分布厢式三维打印系统包括：多个三维打印设备，每个三维打印设备包括机箱1和设置在机箱1内的多个三维打印机4；客户端装置，其为云服务器10提供三维设计的订单，供用户浏览和编辑三维设计；云服务器10(即，总机)，其与所述多个三维打印机4和所述客户端装置连通，用于根据来自所述客户端装置的订单来控制和监测所述多个三维打印机4的运行。如图1所示，本发明的客户端装置具体包括电商平台20和联网的个人电脑或其他上网设备，用户通过联网的个人电脑或其他上网设备登录电商平台20，在电商平台20编辑订单并将订单发送给云服务器10。替代性地，该客户端装置也可以是有权限向云服务器10发送订单的其他电子设备，甚至是云服务器10本身(例如，订单数据直接由操作人员输入到云服务器10中的情形)。
接着参阅图2和3，每个三维打印设备的机箱1内可滑动地设置有多个水平托盘5，托盘5将机箱1的内部分隔成多个箱室3，每个三维打印机4固定地安装在一个水平托盘5上并且位于一个箱室3内。如图2所示，机箱1的前侧设置有开关门7，开关门7优选地设置成部分或全部透明的以便操作人员观察内部打印机的工作状态。机箱1的顶部设置有电源线孔11和网线孔12，以便工业电源线和千兆网线能够穿过其中并因此将打印机4与服务器10相连。此外，机箱1的前侧中间位置还设置有人际交互界面，该人际交互界面优选地是触摸屏式的。作为除服务器之外的另一输入界面，人际交互界面使操作人员能够对内部打印机的工作过程进行干预，例如修改打印参数、起动或停止特定打印机等。
重新参阅图1，本发明的总机可以是安装有系统软件或者能够运行系统程序的服务器10。服务器10能够根据来自电商平台20的订单数据并结合监测到的每个三维打印机的工作状态来确定执行特定订单的具体打印机。服务器10对每个三维打印机的工作状态的监测既可以通过连接到打印机的网线来实现，也可以通过安装在机箱1内部的各种传感器(例如摄像头)来实现，这些都不偏离本发明的原理。除了待打印物品的3D文件之外，上述订单数据还可以包括待打印物品的颜色、体积和材料等，并且每个三维打印机的工作状态可包括剩余打印时间、剩余材料、故障时间和已完成订单数量等。
更具体地，如图4所示，本发明的分布厢式三维打印方法包括下列步骤：步骤100，从客户端装置(具体是从电商平台20)获取订单数据；步骤110，监测每个三维打印机4的工作状态；步骤120，根据所述订单数据和监测到的所述每个三维打印机4的工作状态来确定由哪一台三维打印机执行特定订单。优选地，所述订单数据可包括待打印物品的颜色、体积和材料等。所述三维打印机的工作状态可包括剩余打印时间、剩余材料、故障时间和已完成订单数量等。
举例来说，当服务器10接收到一个订单时，其首先分析该订单中包含的待打印物品的材料和颜色，然后根据监测到的打印机状态确定哪些打印机适合执行此订单中的任务，之后再确定订单中包含的待打印物品的体积，最后在适合执行此订单中的任务的打印机中选出当前任务完成之后材料剩余量大于待打印物品体积的打印机。这样一来，便能够在中途不添加原料的前提下顺利地完成订单中的打印任务。
最后参阅图5，在本发明的技术方案中，通过下列步骤确定每个三维打印机的剩余打印时间：步骤200，将待打印物品的三维模型分割成多个切片；步骤210，确定每个切片的厚度和面积并因此确定每个切片的材料体积；步骤220，确定当前打印切片的序数；以及步骤230，根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间。
三维打印的本质就是将立体产品分割成多个层或切片，然后分层打印，并最终形成立体产品。尤其当待打印物品的三维模型被分割成多个厚度相同的切片时，可以确定每个切片的厚度和面积并因此确定每个切片的材料体积，从而确定打印每个切片所需的时间。这里所述的“当前打印切片的序数”意指当前打印的切片是该三维产品的第几个切片或层。相应地，剩余打印时间就可以计算为：尚未打印的切片的所需打印时间加上当前打印切片的所需打印时间，再减去当前打印切片的已打印时间。
优选地，所述确定当前打印切片的序数的步骤进一步包括根据打印头的累积Z轴参数调整次数来确定当前打印切片的序数。具体而言，由于三维打印是逐层打印，因此，在每个切片或层打印完成之后，需要调节打印头的Z轴参数(即，打印头高度)来打印下一个切片。因此，可以通过打印头的累积Z轴高度调整次数来确定当前打印切片是第几个切片。
更优选地，所述根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间的步骤进一步包括下列步骤：确定当前打印切片的已打印时间；以及根据当前打印切片的材料体积、已打印时间和切片序数以及打印机中的剩余材料来确定剩余打印时间。本领域技术人员能够理解的是，当前打印切片的材料体积对应于该切片的所需打印时间，结合当前打印切片的材料体积和已打印时间可以确定该切片的剩余打印时间，而通过切片序数可以确定尚未打印的切片及其所需打印时间。因此，在打印机中的剩余材料完全充足的情况下，剩余打印时间就可以计算为：尚未打印的切片的所需打印时间加上当前打印切片的所需打印时间(对应于当前打印切片的材料体积)，再减去当前打印切片的已打印时间。此处之所以考虑打印机中的剩余材料，是为了避免由于需要添加材料而导致的意外时间拖延。
进一步优选地，所述确定当前打印切片的已打印时间的步骤具体包括根据最近一次Z轴参数调整时间和当前时间来确定当前打印切片的已打印时间。最近一次Z轴参数调整时间对应于当前打印切片的开始打印时间，因此，当前时间减去最近一次Z轴参数调整时间，结果就是当前打印切片的已打印时间。
最后，需要说明的是，本申请的“分布厢式三维打印系统和方法”中的“分布”意指每个3D打印设备或3D打印机可以相对于服务器离散地设置，不受特定地理位置的限制。例如，可以将打印机设置在全国乃至全世界的任何地方，只要这些打印机能够与服务器通讯即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的修改或替换，这些修改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布厢式三维打印系统，其特征在于包括：
三维打印设备，其包括机箱和设置在机箱内的多个三维打印机；
客户端装置，其为总机提供三维设计的订单；
所述总机，其与所述多个三维打印机和所述客户端装置连通，用于根据来自所述客户端装置的订单来控制和监测所述多个三维打印机的运行。
2.根据权利要求1所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述机箱内可滑动地设置有多个水平托盘，所述托盘将所述机箱的内部分隔成多个箱室，所述三维打印机固定地安装在所述水平托盘上。
3.根据权利要求2所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述客户端装置包括电商平台和联网的个人电脑或其他上网设备。
4.根据权利要求3所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述总机是安装有系统软件或者能够运行系统程序的服务器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述总机根据来自所述客户端装置的订单数据并结合监测到的每个三维打印机的工作状态来确定执行特定订单的具体打印机。
6.根据权利要求5所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述订单数据包括待打印物品的颜色、体积和材料，并且所述每个三维打印机的工作状态包括剩余打印时间、剩余材料、故障时间和已完成订单数量。
7.根据权利要求6所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述总机通过下列步骤确定每个三维打印机的剩余打印时间：
将待打印物品的三维模型分割成多个切片；
确定每个切片的厚度和面积并因此确定每个切片的材料体积；
确定当前打印切片的序数；以及
根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间。
8.根据权利要求7所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述确定当前打印切片的序数的步骤进一步包括根据打印头的累积Z轴参数调整次数来确定当前打印切片的序数。
9.根据权利要求8所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述根据当前打印切片的序数和材料体积来确定剩余打印时间的步骤进一步包括下列步骤：
确定当前打印切片的已打印时间；以及
根据当前打印切片的材料体积、已打印时间和切片序数以及打印机中的剩余材料来确定剩余打印时间。
10.根据权利要求9所述的分布厢式三维打印系统，其特征在于，所述确定当前打印切片的已打印时间的步骤进一步包括根据最近一次Z轴参数调整时间和当前时间来确定当前打印切片的已打印时间。
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