CN106273454B - 一种快速成型设备及快速成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种快速成型设备，包括：控制快速成型设备工作的微处理器；接受微处理器控制，预存了本机打印参数的存储器；根据微处理器的控制的X方向运动模块、Y方向运动模块和Z方向运动模块；根据微处理器的控制，将打印材料向打印头方向推动的送料模块；分别连接上位机与微处理器，在上位机与微处理器间实现数据传输的数据接口；上述数据接口从上位机接收包含了上位机指定打印参数的打印指令，将上述指令发给微处理器；微处理器处理打印指令，读取存储器中预存的本机打印参数，用本机打印参数替换打印指令中对应的上位机指定打印参数；微处理器控制上述运动模块和送料模块工作，执行处理后的打印指令。本发明还提出一种快速成型方法。

Description

一种快速成型设备及快速成型方法

技术领域

本发明涉及快速成型技术，更具体地说，涉及一种快速成型设备及快速成型方法。

背景技术

快速成型设备又称3D打印机。现有技术中采用熔融沉积法(FDM)工艺的快速成型设备最为普及，目前已有桌面和家用快速成型设备产品。熔融沉积法(FDM)工艺是将丝状的热熔性打印材料加热融化，根据三维图形数据将打印材料选择性地涂敷在平台上，快速冷却后形成一层截面。打印材料逐层堆积直至形成符合三维图形数据的三维立体模型。

现有国内外采用FDM原理的3D打印机，无论工业级还是桌面级，必须接受上位机如电脑的控制方能工作。现有3D打印机不能够脱离电脑独立完成3D打印功能，即便是个别3D打印机具有“脱机打印”功能，也需要用户先将3D打印机连接电脑完成设置和调校后方可实现。无论是因搬动3D打印机、长时间打印或打印材料变化，由此产生3D打印机部件之间配合关系和相对位置的微小变化，都需要用户重新将3D打印机连接电脑，重新进行设置和调校。尤其是调校Z轴高度属于专业性较强的设置和调校操作，除必须与电脑配合完成外，还需要用户掌握多个技术步骤，具备丰富经验方可完成。普通用户很难快速掌握设置和调校技能，给使用快速成型设备造成巨大的不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提出一种快速成型设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种快速成型设备，包括：控制快速成型设备工作的微处理器；接受微处理器控制，预存了本机打印参数的存储器；根据微处理器的控制，在X方向做往复运动的X方向运动模块、在Y方向做往复运动的Y方向运动模块和在Z方向做往复运动的Z方向运动模块；根据微处理器的控制，将打印材料向打印头方向推动的送料模块；分别连接上位机与微处理器，在上位机与微处理器间实现数据传输的数据接口；上述数据接口从上位机接收包含了上位机指定打印参数的打印指令，将上述指令发给微处理器；微处理器处理打印指令，读取存储器中预存的本机打印参数，用本机打印参数替换打印指令中对应的上位机指定打印参数；微处理器控制X方向运动模块、Y方向运动模块、Z方向运动模块和送料模块工作，执行处理后的打印指令。

优选地，上述本机打印参数为Z轴高度。上述快速成型设备根据操作控制指令控制Z方向运动模块沿Z轴方向往复运动，直至运动到使打印头和平台之间的距离恰好适于将打印材料按照预设的打印层厚涂敷在平台上实现打印，取Z方向运动模块在该位置距Z方向0点的距离值为Z轴高度。

优选地，上述本机打印参数为温度参数。存储器预存温度参数，微处理器根据预存的温度参数调节控制打印头和/或平台加热温度。

优选地，上述本机打印参数为打印头加热温度。上述快速成型设备的打印头包括打印头加热驱动器、打印头加热器件、打印头温度传感器和打印头温度信号转换器；打印头加热驱动器根据微处理器的控制驱动打印头加热器件，对打印头中的打印材料进行加热；打印头温度传感器设置于打印头中，检测打印头的加热温度；打印头温度信号转换器将打印头温度传感器测得的打印头温度转换为电信号，发送给微处理器；微处理器处理打印头温度信号，根据存储器预存的打印头温度参数控制打印头加热驱动器，实现对打印材料加热温度的调节控制。

优选地，上述本机打印参数为平台加热温度。上述平台包括平台加热驱动器、平台加热器件、平台温度传感器和平台温度信号转换器；平台加热驱动器根据微处理器的控制驱动平台加热器件，对平台进行加热；平台温度传感器设置于平台，检测平台的加热温度；平台温度信号转换器将平台温度传感器测得的平台温度转换为电信号，发送给微处理器；微处理器处理平台温度传感器测得的平台温度信号，根据预存的平台温度参数控制平台加热驱动器，实现对平台加热温度的调节控制。

优选地，上述快速成型设备的用户界面提供平台水平检测控制项目，供用户通过操作用户界面发出平台水平检测指令；微处理器处理接收到的用户指令，根据预先设好的程序和预存的本机打印参数控制X方向运动模块、Y方向运动模块和/或Z方向运动模块运动，将平台升至预存的Z轴高度，配合用户的操作实现平台水平检测。

优选地，上述快速成型设备的用户界面提供运动模块位置检测项目，供用户通过操作用户界面发出运动模块位置检测指令；微处理器处理接收到的用户指令，根据预先设好的程序和预存的本机打印参数控制X方向运动模块、Y方向运动模块和/或Z方向运动模块运动，将平台升至预存的Z轴高度，检测X轴、Y轴和Z轴的极限位置，得出本机最大打印尺寸。

本发明还提出一种快速成型方法，包括：

快速成型设备预先存储本机打印参数中的第一Z轴高度参数的步骤；

快速成型设备接收包含上位机指定打印参数的打印指令的步骤，该上位机指定打印参数中含有第二Z轴高度参数；

快速成型设备采用预先存储的第一Z轴高度参数替换所述打印指令中第二Z轴高度参数，对打印指令进行更新得到最终打印指令的步骤；

快速成型设备根据最终打印指令，驱动X方向运动模块、Y方向运动模块、Z方向运动模块进行运动的步骤。

优选地，上述本机打印参数包括：平台温度参数和/或打印头温度参数。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的快速成型设备的系统结构示意图；

图2是本发明一实施例的快速成型设备的局部结构示意图；

图3是本发明一实施例的快速成型方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1和图3，本发明一实施例给出一种快速成型设备，包括：

控制快速成型设备工作的微处理器101；

接受微处理器101控制，预存了本机打印参数的存储器102；

根据微处理器101的控制，在X方向做往复运动的X方向运动模块103、在Y方向做往复运动的Y方向运动模块104和在Z方向做往复运动的Z方向运动模块105；

根据微处理器101的控制，将打印材料向打印头12方向推动的送料模块106；

分别连接上位机2与微处理器101，在上位机2与微处理器101间实现数据传输的数据接口107；

所述数据接口107从上位机2接收包含了上位机指定打印参数的打印指令，将所述指令发给微处理器101；微处理器101处理打印指令，读取存储器102中预存的本机打印参数，用本机打印参数替换打印指令中对应的上位机指定打印参数；微处理器101控制X方向运动模块103、Y方向运动模块104、Z方向运动模块105和送料模块106工作，执行处理后的打印指令。

X方向运动模块103、Y方向运动模块104和Z方向运动模块105分别带动打印头12和平台13配合运动，送料模块102将打印材料从打印头12中加热熔融挤出，使其按照打印指令设定的路径逐层涂敷堆积在平台13上，形成三维立体模型。

上述本机打印参数为Z轴高度，即使快速成型设备的打印头12和平台13之间的距离适于打印的Z方向运动模块距Z方向0点的最大距离。Z轴高度需根据用户发出的操作控制指令调校获得。具体调校方式是由快速成型设备根据操作控制指令控制Z方向运动模块105沿Z轴方向往复运动，直至运动到使打印头12和平台13之间的距离恰好适于将打印材料按照预设的打印层厚涂敷在平台13上实现打印，取Z方向运动模块在该位置距Z方向0点的距离值为Z轴高度。因加工工艺、工差、装配误差等多种因素影响，每一台快速成型设备的Z轴高度都不一样，必须通过调校获得Z轴高度。快速成型设备需根据该打印参数执行打印指令，方可实现正常打印。

现有技术中，调校获得Z轴高度的过程由最终用户进行。该调校工作属于专业性较强的设置和操作，除必须与电脑配合完成外，还需要用户掌握多个技术步骤，具备丰富经验方可完成。对于初次接触快速成型设备或经验不足的用户来说，很难快速掌握设置和调校技能，很容易造成打印效果不佳或者根本无法实现打印，给普通用户使用快速成型设备造成巨大的不便。另外由于每一台快速成型设备的Z轴高度都不一样，现有技术的上位机需针对不同的快速成型设备分别重复生成包含不同Z轴高度数据的打印指令即Gcode，需耗费大量时间。一旦某台快速成型设备的Z轴高度发生变化，用户需将调校获得的Z轴高度数据输入上位机中，由上位机重新根据该参数生成新的打印指令。由于三维模型数据量大，生成打印指令经常需要数十分钟甚至数小时。重复生成打印指令势必耗费用户大量时间。

本实施例提出在快速成型设备制造过程中由专业技术人员进行准确专业的调校，将获得的Z轴高度参数预先存储在存储器102中。无需将打印机连接电脑，也无需手工调校Z轴高度。并且本实施例用预存在本机的Z轴高度参数替换上位机打印指令中对应的上位机指定打印参数，使得上位机生成的打印指令可在多台本实施例的快速成型设备上正常打印，在使用多台快速成型设备打印相同图形的应用场合下，可节省大量时间。即便Z轴高度发生改变，也无需由上位机重新生成打印指令，可以直接使用原有的打印指令执行打印。

在上述实施例的基础上为提高快速成型设备的易用性，使快速成型设备适应PLA、ABS、PC多种不同的打印材料，减少打印件变形，提高打印成功率，本发明提出快速成型设备的存储器102还预存温度参数，微处理器101根据预存的温度参数实现不依赖电脑连接，无需用户手工设置，快速成型设备独立对打印头12和/或平台13加热温度的调节控制。

具体来说，快速成型设备的打印头12包括打印头加热驱动器121、打印头加热器件122、打印头温度传感器123和打印头温度信号转换器124；打印头加热驱动器121根据微处理器101的控制驱动打印头加热器件122，对打印头12中的打印材料进行加热；打印头温度传感器123设置于打印头12中，检测打印头12的加热温度；打印头温度信号转换器124将打印头温度传感器123测得的打印头温度转换为电信号，发送给微处理器101。微处理器101处理打印头温度信号，根据预存的打印头温度参数控制打印头加热驱动器121，实现对打印材料加热温度的调节控制。

同理平台13也可包括平台加热驱动器131、平台加热器件132、平台温度传感器133和平台温度信号转换器134，微处理器101处理平台温度传感器133测得的平台温度信号，根据预存的平台温度参数控制平台加热驱动器131，实现对平台加热温度的调节控制。

现有技术中的快速成型设备如需切换使用PLA、ABS、PC多种不同的打印材料，则需用户将快速成型设备连接电脑，通过人工设置平台温度参数和打印头温度参数，重新由电脑生成打印指令即Gcode，将新的打印指令方可正常打印。

本发明预设针对不同打印材料的平台温度参数和打印头温度参数，存储在存储器102中。在需要切换打印材料时，微处理器101根据用户的切换指令调用存储器102中对应用户指定打印材料的参数，根据参数控制打印即可。当用户需要更改挤出头温度、平台温度或更改打印材料时，无需由上位机重新生成打印指令，可以只在快速成型设备上设置本机打印参数，直接使用原有的打印指令执行打印。

本实施例快速成型设备对待打印模型数据的处理和3D打印控制的处理流程为：

S1’、快速成型设备预先存储本机打印参数，包括第一Z轴高度参数、平台温度参数和打印头温度参数等参数；

S2’、用户启用上位机软件，根据模型数据生成打印指令,该打印指令包含上位机指定打印参数，该上位机指定打印参数中含有X轴高度参数、Y轴高度参数、第二Z轴高度参数；上位机将打印指令发送给快速成型设备；

S3’、快速成型设备采用预先存储的本机打印参数中的第一Z轴高度参数替换打印指令中的第二Z轴高度参数，对打印指令进行更新得到最终打印指令；

S4’、快速成型设备执行打印指令；快速成型设备根据最终打印指令中的X轴高度参数、Y轴高度参数、第一Z轴高度参数，驱动X方向运动模块、Y方向运动模块、Z方向运动模块进行运动的步骤。

本发明还提出，快速成型设备的用户界面提供换料、三轴运动调校、平台水平检测等交互项目，供用户通过操作用户界面发出指令。用户无需将快速成型设备连接上位机，也无需通过上位机发出指令。微处理器101处理接收到的用户指令，根据预先设好的程序和预存的参数实现退料、进料、X/Y/Z轴运动控制，配合用户的操作，实现换料、三轴运动调校、平台水平检测等功能。

本实施例还可以根据用户的指令进行运动模块位置检测，自动检测X轴、Y轴和Z轴的极限位置，自动测量出最大打印尺寸。

本发明还提出一种快速成型方法，包括：

S1、快速成型设备预先存储本机打印参数；

S2、快速成型设备接收包含上位机指定打印参数的打印指令；

S3、快速成型设备采用预先存储的本机打印参数替换打印指令中对应的上位机指定打印参数；

S4、快速成型设备执行打印指令。

具体来说，上述本机打印参数包括但不限于Z轴高度参数、平台温度参数和打印头温度参数等参数。

本实施例所提供的快速成型方法基于快速成型设备实现不依赖电脑的快速成型控制。参照快速成型设备包括控制快速成型设备工作的微处理器101；

接受微处理器101控制，预存了本机打印参数的存储器102；

根据微处理器101的控制，在X方向做往复运动的X方向运动模块103、在Y方向做往复运动的Y方向运动模块104和在Z方向做往复运动的Z方向运动模块105；

根据微处理器101的控制，将打印材料向打印头12方向推动的送料模块106；

分别连接上位机2与微处理器101，在上位机2与微处理器101间实现数据传输的数据接口107；

所述数据接口107从上位机2接收包含了上位机指定打印参数的打印指令，将所述指令发给微处理器101；微处理器101处理打印指令，读取存储器102中预存的本机打印参数，用本机打印参数替换打印指令中对应的上位机指定打印参数；微处理器101控制X方向运动模块103、Y方向运动模块104、Z方向运动模块105和送料模块106工作，执行处理后的打印指令

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速成型设备，包括：

控制快速成型设备工作的微处理器；

接受微处理器控制，预存了本机打印参数的存储器；

根据微处理器的控制，在X方向做往复运动的X方向运动模块、在Y方向做往复运动的Y方向运动模块和在Z方向做往复运动的Z方向运动模块；

根据微处理器的控制，将打印材料向打印头方向推动的送料模块；

分别连接上位机与微处理器，在上位机与微处理器间实现数据传输的数据接口；

所述数据接口从上位机接收包含了上位机指定打印参数的打印指令，将所述打印指令发给微处理器；微处理器处理打印指令，读取存储器中预存的本机打印参数，用本机打印参数替换打印指令中对应的上位机指定打印参数；微处理器控制X方向运动模块、Y方向运动模块、Z方向运动模块和送料模块工作，执行处理后的打印指令，所述本机打印参数为Z轴高度；所述快速成型设备根据操作控制指令控制Z方向运动模块沿Z轴方向往复运动，直至运动到使打印头和平台之间的距离恰好适于将打印材料按照预设的打印层厚度涂敷在平台上实现打印，取Z方向运动模块在该位置距Z方向0点的距离值为Z轴高度。

2.如权利要求1所述的一种快速成型设备，其特征在于：

所述本机打印参数包括温度参数；

存储器预存温度参数，微处理器根据预存的温度参数调节控制打印头和/或平台加热温度。

3.如权利要求2所述的一种快速成型设备，其特征在于：

所述温度参数为打印头温度参数；

所述快速成型设备的打印头包括打印头加热驱动器、打印头加热器件、打印头温度传感器和打印头温度信号转换器；

打印头加热驱动器根据微处理器的控制驱动打印头加热器件，对打印头中的打印材料进行加热；

打印头温度传感器设置于打印头中，检测打印头的加热温度；

打印头温度信号转换器将打印头温度传感器测得的打印头温度转换为电信号，发送给微处理器；

微处理器处理打印头温度信号，根据存储器预存的打印头温度参数控制打印头加热驱动器，实现对打印材料加热温度的调节控制。

4.如权利要求2所述的一种快速成型设备，其特征在于：

所述温度参数为平台温度参数；

所述平台包括平台加热驱动器、平台加热器件、平台温度传感器和平台温度信号转换器；

平台加热驱动器根据微处理器的控制驱动平台加热器件，对平台进行加热；

平台温度传感器设置于平台，检测平台的加热温度；

平台温度信号转换器将平台温度传感器测得的平台温度转换为电信号，发送给微处理器；

微处理器处理平台温度传感器测得的平台温度信号，根据预存的平台温度参数控制平台加热驱动器，实现对平台加热温度的调节控制。

5.如权利要求2所述的一种快速成型设备，其特征在于：

所述快速成型设备的用户界面提供平台水平检测控制项目，供用户通过操作用户界面发出平台水平检测指令；

微处理器处理接收到的用户指令，根据预先设好的程序和预存的本机打印参数控制X方向运动模块、Y方向运动模块和/或Z方向运动模块运动，将平台升至预存的Z轴高度，配合用户的操作实现平台水平检测。

6.如权利要求2所述的一种快速成型设备，其特征在于：

所述快速成型设备的用户界面提供运动模块位置检测项目，供用户通过操作用户界面发出运动模块位置检测指令；

微处理器处理接收到的用户指令，根据预先设好的程序和预存的本机打印参数控制X方向运动模块、Y方向运动模块和/或Z方向运动模块运动，将平台升至预存的Z轴高度，检测X轴、Y轴和Z轴的极限位置，得出本机最大打印尺寸。

7.一种如权利要求1～6任一所述的快速成型设备的快速成型方法，其特征在于，包括：

快速成型设备预先存储本机打印参数中的第一Z轴高度参数的步骤；

快速成型设备接收包含上位机指定打印参数的打印指令的步骤，该上位机指定打印参数中含有第二Z轴高度参数；

快速成型设备采用预先存储的第一Z轴高度参数替换所述打印指令中第二Z轴高度参数，对打印指令进行更新得到最终打印指令的步骤；

快速成型设备根据最终打印指令，驱动X方向运动模块、Y方向运动模块、Z方向运动模块进行运动的步骤。

8.如权利要求7所述的一种快速成型方法，其特征在于：

所述本机打印参数包括：平台温度参数和/或打印头温度参数。