CN107718533A

CN107718533A - 一种fdm三维打印机在线智能检测控制系统

Info

Publication number: CN107718533A
Application number: CN201710954496.XA
Authority: CN
Inventors: 李腾飞; 高扬; 边艳华; 尚奕彤; 贺丽娟; 梁吉祥; 赵进炎; 赵新; 王琳
Original assignee: Beijing Advanced Materials & Additive Manufacturing Institute Co Ltd
Current assignee: Beijing Advanced Materials & Additive Manufacturing Institute Co Ltd
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2018-02-23

Abstract

本发明公开了一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，属于3D打印技术领域。该系统包括STM32单片机模块、人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块；STM32单片机模块分别和人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块连接。本发明通过不同的传感器对3D打印机的模型打印过程进行实时监控，可以及时发现打印过程存在问题，实时进行报警和切断打印电路，提高打印效率和打印质量；打印过程无需工作人员值守，提高了3D打印机的智能化水平。

Description

一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统。

背景技术

3D打印技术亦称为增材制造技术，利用三维建模软件建立数据模型，采用不同加工工艺使材料分层制造、逐层叠加来制作实体零件，已被广泛应用于航空航天、医疗、建筑、军工、食品和机械等行业。

3D打印技术根据不同的工艺特点可分为熔融沉积制造技术(FDM)、立体光固化技术(SLA、DLP、LCD)、三维印刷技术(3DP)、选择性激光熔融技术(SLM)、选择性激光烧结技术(SLS)和薄材叠层技术(LOM)，根据不同的加工工艺及打印目标的需求，应用的材料也会有很大的差异。

利用熔融沉积制造技术形成的桌面级3D打印机因其在价格、使用性、维护等方面的优势在国内得到迅速的应用与发展。目前，桌面级3D打印机主要应用于教育和文化创意领域，多为中低端产品，其智能化水平已不能满足市场的需求，且在打印中没有对过程参数进行实时检测，打印机工作时需要工作人员定时查看模型打印质量及任何影响打印的因素，难以实现自动化生产。

因此，有必要设计一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，对打印过程参数进行实时检测，提高打印模型质量。

发明内容

本发明的目的是提出一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，通过该系统解决3D打印设备在模型打印过程中无法实时检测环境参数的问题，提高模型打印质量，实现打印实时过程参数控制和高端智能打印。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，该系统包括STM32单片机模块、人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块；STM32单片机模块分别和人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块连接。

STM32单片机模块为本控制系统的核心单元，核心单元通过输入模块完成对环境参数的采集，数据处理模块对环境参数采集模块采集的数据进行分析比较，然后STM32单片机发出控制指令，控制指令通过输出模块对报警模块和恒温控制模块进行相应控制。

人机界面模块，包括各种检测参数的显示、参数设定、状态指示标志及相关文档信息，用于完成人机的交互作用；所述各种检测参数的显示是对打印机内部温度、热床振动、一氧化碳浓度、烟雾浓度、断料、喷嘴堵塞及料盘的重量进行显示；所述状态指示标志包括正常状态、警告状态、报警状态三种形式；所述正常状态是通过一个对号图标来显示，用来指示各个参数处于一个正常值；所述警告状态是通过一个惊叹号图标来显示，用来指示各个参数濒近阈值；所述报警状态是通过一个叉号图标来显示，主用来指示各个参数超过阈值；所述参数设定用于手动对各个参数阈值进行设定，使其适应各种环境的要求；所述相关文档信息用于记录产品信息。

所述环境参数采集模块包括振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器，振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器设置在3D打印设备内部，以完成对3D打印设备内部参数的数据采集；所述振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器均通过输入模块与STM32单片机相连接；所述振动传感器用于检测3D打印设备内部的热床振动情况；所述一氧化碳传感器用于检测3D打印设备内部的电源模块及打印喷嘴处一氧化碳浓度；所述烟雾传感器用于检测电源模块及打印喷嘴处烟雾的浓度；所述扭矩传感器检测送丝电机处扭矩的大小，通过测得的扭矩与正常打印状态下的送丝电机的扭矩进行比较，如果两个扭矩的数据一致，表明电机处于正常状态，如果测得扭矩比正常打印下的送丝电机扭矩小，表明打印机处于断料状态，如果测得扭矩比正常打印下的送丝电机扭矩大，表明打印机喷嘴处于堵料状态；所述称重传感器用于检测料盘的重量，实时显示模型的重量，并通过检测到料盘的重量与预打印模型的重量进行对比，来判断是否要及时更换料盘。

所述数据处理模块通过STM32单片机比较采集3D打印设备各项环境参数和人机界面模块的参数预设值差别，通过差别的数值判断3D打印机所处状态，并根据差别的数值来判断是否进行报警处理。

所述恒温控制模块包括K型热电偶模块、固态继电器模块和加热模块；所述K型热电偶模块通过输入模块与STM32单片机相连接；所述固态继电器通过输出模块与STM32单片机相连接；所述加热模块是根据设定环境温度，通过STM32单片机内部的PID算法和PWM控制，对加热模块是否需要加热进行控制。

所述电源模块用于整个控制系统的电源供应，电源模块分别为STM32单片机和加热模块进行供电。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。

1、本发明的控制系统采用智能化检测手段，能够按照设定好的参数自行打印，当任何参数超标后，都会自动报警和停止打印，无需工作人员现场看守打印过程。

2、本发明的恒温控制可以使3D打印机适应各种复杂的外部环境，使得打印过程不受外界环境的干扰，提高模型打印效果和打印质量。

3、本发明具有堵丝和断料自动检测功能，当打印设备发生故障时，可自动报警，提醒工作人员及时维修

4、本发明的人机交互界面大大提高了人机信息交换、功能实现的效率，输入指令和输出指令的相互配合使得工作人员更加简便、快捷的操作3D打印设备，并提高打印设备的使用效率。

本发明的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，通过不同的传感器对3D打印机的模型打印过程进行实时监控，可以及时发现打印过程存在问题，实时进行报警和切断打印电路，提高打印效率和打印质量；打印过程无需工作人员值守，提高了3D打印机的智能化水平。

附图说明

图1为本发明系统的原理框图；

图2是本发明的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步具体说明。

如图1所示，本发明实施例提出一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，主要包括STM32单片机模块、人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块。

所述STM32单片机模块，其特征在于，作为控制系统的大脑，通过输入模块对环境参数进行采集，数据处理模块对采集数据进行分析比较，然后根据STM32单片机发出的指令通过输出模块对报警模块和恒温控制模块进行相应控制。

所述人机界面模块，其特征在于，主要包括各种检测参数的显示、参数设定、状态指示标志及相关文档信息，用于人机交互作用；所述各种检测参数的显示主要是对内部温度、热床振动、一氧化碳浓度、烟雾浓度、断料、喷嘴堵塞及料盘的重量进行显示；所述状态指示标志主要包括正常、警告、报警三种形式；所述正常状态是通过一个绿色对号图标来显示，主要是用来指示各个参数处于一个正常值；所述警告状态是通过一个黄色惊叹号图标来显示，主要是用来指示各个参数濒近阈值；所述报警状态是通过一个红色叉号图标来显示，主要是用来指示各个参数超过阈值；所述参数设定用于手动对各个参数阈值进行设定，使其可适应各种环境的要求；所述相关文档信息用于记录产品信息。

所述环境参数采集模块，其特征在于，主要通过振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器对3D打印设备内部参数进行数据采集；所述振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器均通过输入模块与STM32单片机相连接；所述振动传感器用于检测热床的振动情况；所述一氧化碳传感器用于检测电源模块及打印喷嘴处的一氧化碳的浓度；所述烟雾传感器用于检测电源模块及打印喷嘴处烟雾的浓度；所述扭矩传感器主要检测送丝电机处扭矩的大小，通过测得的扭矩与正常打印状态下的送丝电机的扭矩进行比较，如果两者数据一致，表明电机处于正常状态，如果测得扭矩比正常打印下的送丝电机扭矩小，表明打印机处于断料状态，如果测得扭矩比正常打印下的送丝电机扭矩小，表明打印机喷嘴处于堵料状态；所述称重传感器主要用于检测料盘的重量，实时显示模型的重量，并通过检测到料盘的重量与预打印模型的重量进行对比，来判断是否要及时更换料盘。

所述数据处理模块，其特征在于，通过STM32单片机比较采集3D打印设备各项环境参数和人机界面模块的参数预设值的差别，来判断3D打印机所处的状态，并根据差值来判断是否进行报警处理。

所述恒温控制模块，其特征在于，主要包括K型热电偶模块、固态继电器模块和加热模块；所述K型热电偶模块通过输入模块与STM32单片机相连接；所述固态继电器通过输出模块与STM32单片机相连接；所述加热模块是根据设定环境温度，通过STM32单片机内部的PID算法和PWM控制，对加热模块是否需要加热进行控制。

所述电源模块，其特征在于，主要用于整个控制系统的电源供应，包括STM32单片机的供电和加热模块的供电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：该系统包括STM32单片机模块、人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块；STM32单片机模块分别和人机界面模块、环境参数采集模块、数据处理模块、输入模块、输出模块、报警模块、电源模块及恒温控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：STM32单片机模块为本控制系统的核心单元，核心单元通过输入模块完成对环境参数的采集，数据处理模块对环境参数采集模块采集的数据进行分析比较，然后STM32单片机发出控制指令，控制指令通过输出模块对报警模块和恒温控制模块进行相应控制。

3.根据权利要求1所述的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：人机界面模块，包括各种检测参数的显示、参数设定、状态指示标志及相关文档信息，用于完成人机的交互作用；所述各种检测参数的显示是对打印机内部温度、热床振动、一氧化碳浓度、烟雾浓度、断料、喷嘴堵塞及料盘的重量进行显示；所述状态指示标志包括正常状态、警告状态、报警状态三种形式；所述正常状态是通过一个对号图标来显示，用来指示各个参数处于一个正常值；所述警告状态是通过一个惊叹号图标来显示，用来指示各个参数濒近阈值；所述报警状态是通过一个叉号图标来显示，主用来指示各个参数超过阈值；所述参数设定用于手动对各个参数阈值进行设定，使其适应各种环境的要求；所述相关文档信息用于记录产品信息。

4.根据权利要求1所述的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：所述环境参数采集模块包括振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器，振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器设置在3D打印设备内部，以完成对3D打印设备内部参数的数据采集；所述振动传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、扭矩传感器及称重传感器均通过输入模块与STM32单片机相连接；所述振动传感器用于检测3D打印设备内部的热床振动情况；所述一氧化碳传感器用于检测3D打印设备内部的电源模块及打印喷嘴处一氧化碳浓度；所述烟雾传感器用于检测电源模块及打印喷嘴处烟雾的浓度；所述扭矩传感器检测送丝电机处扭矩的大小，通过测得的扭矩与正常打印状态下的送丝电机的扭矩进行比较，如果两个扭矩的数据一致，表明电机处于正常状态，如果测得扭矩比正常打印下的送丝电机扭矩小，表明打印机处于断料状态，如果测得扭矩比正常打印下的送丝电机扭矩大，表明打印机喷嘴处于堵料状态；所述称重传感器用于检测料盘的重量，实时显示模型的重量，并通过检测到料盘的重量与预打印模型的重量进行对比，来判断是否要及时更换料盘。

5.根据权利要求1所述的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：所述数据处理模块通过STM32单片机比较采集3D打印设备各项环境参数和人机界面模块的参数预设值差别，通过差别的数值判断3D打印机所处状态，并根据差别的数值来判断是否进行报警处理。

6.根据权利要求1所述的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：所述恒温控制模块包括K型热电偶模块、固态继电器模块和加热模块；所述K型热电偶模块通过输入模块与STM32单片机相连接；所述固态继电器通过输出模块与STM32单片机相连接；所述加热模块是根据设定环境温度，通过STM32单片机内部的PID算法和PWM控制，对加热模块是否需要加热进行控制。

7.根据权利要求1所述的一种FDM三维打印机在线智能检测控制系统，其特征在于：所述电源模块用于整个控制系统的电源供应，电源模块分别为STM32单片机和加热模块进行供电。