CN108839346A - 一种教学用3d打印机及其工作方法 - Google Patents

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杨楚君
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Abstract

本发明提供一种教学用3D打印机。一种教学用3D打印机，其中，包括扫描腔、数据处理及控制系统和3D打印腔，所述扫描腔的内侧壁上设有扫描装置，所述数据处理及控制系统包括数据存储单元、数字化建模单元、控制单元及显示单元，所述数据存储单元、数字化建模单元和控制单元依次连接，所述显示单元与所述数字化建模单元和控制单元连接，所述扫描装置与所述数据存储单元连接，所述3D打印腔内设有3D打印设备，所述控制单元与所述3D打印设备连接。本发明还提供一种教学用3D打印机的工作方法。本发明结构简单，使用方便，可以使得学生能够更好的理解3D打印技术的原理及打印流程。

Description

一种教学用3D打印机及其工作方法
技术领域
本发明涉及3D打印教学技术领域，更具体地涉及一种教学用3D打印机及其工作方法。
背景技术
3D打印技术是一种新型的快速成形技术，该技术在医疗、建筑、工业设计、汽车零件制作等领域都有着十分广阔的应用前景和空间。随3D打印技术的发展，它在教育领域中的应用受到教育人员的关注，国内外一些组织机构开始探索3D打印技术在课堂教学的应用。然而，对于3D打印教学应用系统，学生直接通过3D打印机打印出实物，而并不能理解3D打印技术的原理及打印流程，难以提升学生的实践和创新能力。因此， 现有的3D打印教学系统存在无法使学生理解3D打印技术的原理及打印流程的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种教学用3D打印机及其工作方法。本发明结构简单，使用方便，可以使得学生能够更好的理解3D打印技术的原理及打印流程。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种教学用3D打印机，其中，包括扫描腔、数据处理及控制系统和3D打印腔，所述扫描腔的内侧壁上设有扫描装置，所述数据处理及控制系统包括数据存储单元、数字化建模单元、控制单元及显示单元，所述数据存储单元、数字化建模单元和控制单元依次连接，所述显示单元与所述数字化建模单元和控制单元连接，所述扫描装置与所述数据存储单元连接，所述3D打印腔内设有3D打印设备，所述控制单元与所述3D打印设备连接。所述扫描腔中的扫描装置可以对放入扫描腔内的物品进行扫描以获取该物品的点云数据，并将获得的点云数据上传至所述数据存储单元，所述数字化建模单元从所述数据存储单元中下载所述点云数据，并根据所述点云数据构建3D模型，以及将所述3D模型参数发送至所述控制单元，所述控制单元根据3D模型参数控制所述3D打印设备打印出与所述物品相对应的3D打印模型。
进一步的，所述扫描装置包括多个设在所述扫描腔内侧壁上并能沿扫描腔内侧壁上下移动的3D扫描枪，所述多个3D扫描枪沿扫描腔内侧壁周向均匀分布。这样就可以实现待扫描物体的全方位扫描，以获得最完整的待扫描物体的点云数据，为后续的构建3D模型打下良好基础。
进一步的，所述3D打印设备包括主体框架、设在所述主体框架内部的运动机构以及设在所述运动机构上的打印喷头机构，所述运动机构能够沿X、Y、Z三个轴方向运行，所述主体框架的顶部设有储料仓和驱动电机，所述储料仓通过输料管与所述打印喷头机构连接，所述驱动电机的输出轴与所述运动机构传动连接，所述储料仓和驱动电机均与所述控制单元电连接，所述主体框架内部的底部设有打印平台。控制单元控制驱动电机的启停和储料仓的出料，驱动电机带动运动机构根据需要在X、Y、Z三个轴方向上运动，打印喷头机构跟随运动机构一起运动并在打印平台上打印出3D模型。
进一步的，所述3D打印腔的侧壁为透明材质制成，3D打印腔的侧壁上设有腔门。这样可以方便肉眼观察3D打印腔内3D打印设备的具体工作过程。
本发明还提供一种教学用3D打印机的工作方法，其中，包括如下步骤：
S1. 将需要通过3D打印制作出模型的原物体放入到扫描腔中，启动扫描装置对原物体进行全方位扫描，获得原物体的点云数据，并将获得的原物体的点云数据传输给数据存储单元；
S2. 数字化建模单元从数据存储单元读取原物体的点云数据，根据该点云数据构建3D模型，并将构建好的3D模型显示在显示单元上；
S3. 操作者通过显示单元观察构建好的3D模型跟原物体相比是否存在某些缺陷区域，如果发现有存在缺陷的区域，则重复步骤S1和步骤S2进行二次构建3D模型，并将二次构建的3D模型与第一次构建的3D模型叠加得到新的3D模型，重复步骤S3，直至最终的3D模型完美无缺陷，并将该3D模型进行存储；
S4. 控制单元根据步骤S3最终得到的3D模型的数据控制3D打印设备在3D打印腔内进行3D打印操作，最终打印出实体模型；同时，控制单元将3D打印设备的打印过程和打印状态实时显示在显示单元上；
S5. 将步骤S4中得到的实体模型放入扫描腔中，重复步骤S1到步骤S3，得到实体模型的3D模型，并将实体模型的3D模型与步骤S3中得到的原物体的3D模型进行比对匹配，在显示单元上显示出匹配结果和匹配度。
同现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明将扫描腔、数据处理及控制系统和3D打印腔集成为一体，并设置了显示单元，方便学生观察3D打印机的整个工作过程，并且3D打印机的工作原理和某些抽象的工作工程能够通过显示单元显示出来，使得学生能够充分理解3D打印的流程和理解3D打印技术原理。
附图说明
图1 是本发明教学用3D打印机的整体结构示意图。
图2是本发明中3D打印设备的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1所示，一种教学用3D打印机，其中，包括扫描腔1、数据处理及控制系统2和3D打印腔3，所述扫描腔1的内侧壁上设有扫描装置，所述数据处理及控制系统2包括数据存储单元、数字化建模单元、控制单元及显示单元4，所述数据存储单元、数字化建模单元和控制单元依次连接，所述显示单元4与所述数字化建模单元和控制单元连接，所述扫描装置与所述数据存储单元连接，所述3D打印腔3内设有3D打印设备，所述控制单元与所述3D打印设备连接。所述扫描腔1中的扫描装置可以对放入扫描腔1内的物品进行扫描以获取该物品的点云数据，并将获得的点云数据上传至所述数据存储单元，所述数字化建模单元从所述数据存储单元中下载所述点云数据，并根据所述点云数据构建3D模型，以及将所述3D模型参数发送至所述控制单元，所述控制单元根据3D模型参数控制所述3D打印设备打印出与所述物品相对应的3D打印模型。
本实施例中，所述扫描装置包括多个设在所述扫描腔1内侧壁上并能沿扫描腔1内侧壁上下移动的3D扫描枪，所述多个3D扫描枪沿扫描腔1内侧壁周向均匀分布。这样就可以实现待扫描物体的全方位扫描，以获得最完整的待扫描物体的点云数据，为后续的构建3D模型打下良好基础。
如图2所示，所述3D打印设备包括主体框架5、设在所述主体框架5内部的运动机构6以及设在所述运动机构6上的打印喷头机构7，所述运动机构6能够沿X、Y、Z三个轴方向运行，所述主体框架5的顶部设有储料仓8和驱动电机9，所述储料仓8通过输料管11与所述打印喷头机构7连接，所述驱动电机9的输出轴与所述运动机构6传动连接，所述储料仓8和驱动电机9均与所述控制单元电连接，所述主体框架5内部的底部设有打印平台10。控制单元控制驱动电机9的启停和储料仓8的出料，驱动电机9带动运动机构6根据需要在X、Y、Z三个轴方向上运动，打印喷头机构7跟随运动机构6一起运动并在打印平台10上打印出3D模型。
本实施例中，所述3D打印腔3的侧壁为透明材质制成，3D打印腔3的侧壁上设有腔门31。这样可以方便肉眼观察3D打印腔3内3D打印设备的具体工作过程。
实施例2
一种教学用3D打印机的工作方法，其中，包括如下步骤：
S1. 将需要通过3D打印制作出模型的原物体放入到扫描腔1中，启动扫描装置对原物体进行全方位扫描，获得原物体的点云数据，并将获得的原物体的点云数据传输给数据存储单元；
S2. 数字化建模单元从数据存储单元读取原物体的点云数据，根据该点云数据构建3D模型，并将构建好的3D模型显示在显示单元4上；
S3. 操作者通过显示单元4观察构建好的3D模型跟原物体相比是否存在某些缺陷区域，如果发现有存在缺陷的区域，则重复步骤S1和步骤S2进行二次构建3D模型，并将二次构建的3D模型与第一次构建的3D模型叠加得到新的3D模型，重复步骤S3，直至最终的3D模型完美无缺陷，并将该3D模型进行存储；
S4. 控制单元根据步骤S3最终得到的3D模型的数据控制3D打印设备在3D打印腔3内进行3D打印操作，最终打印出实体模型；同时，控制单元将3D打印设备的打印过程和打印状态实时显示在显示单元4上；
S5. 将步骤S4中得到的实体模型放入扫描腔1中，重复步骤S1到步骤S3，得到实体模型的3D模型，并将实体模型的3D模型与步骤S3中得到的原物体的3D模型进行比对匹配，在显示单元4上显示出匹配结果和匹配度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种教学用3D打印机，其特征在于，包括扫描腔（1）、数据处理及控制系统（2）和3D打印腔（3），所述扫描腔（1）的内侧壁上设有扫描装置，所述数据处理及控制系统（2）包括数据存储单元、数字化建模单元、控制单元及显示单元（4），所述数据存储单元、数字化建模单元和控制单元依次连接，所述显示单元（4）与所述数字化建模单元和控制单元连接，所述扫描装置与所述数据存储单元连接，所述3D打印腔（3）内设有3D打印设备，所述控制单元与所述3D打印设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种教学用3D打印机，其特征在于，所述扫描装置包括多个设在所述扫描腔（1）内侧壁上并能沿扫描腔（1）内侧壁上下移动的3D扫描枪，所述多个3D扫描枪沿扫描腔（1）内侧壁周向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种教学用3D打印机，其特征在于，所述3D打印设备包括主体框架（5）、设在所述主体框架（5）内部的运动机构（6）以及设在所述运动机构（6）上的打印喷头机构（7），所述运动机构（6）能够沿X、Y、Z三个轴方向运行，所述主体框架（5）的顶部设有储料仓（8）和驱动电机（9），所述储料仓（8）通过输料管（11）与所述打印喷头机构（7）连接，所述驱动电机（9）的输出轴与所述运动机构（6）传动连接，所述储料仓（8）和驱动电机（9）均与所述控制单元电连接，所述主体框架（5）内部的底部设有打印平台（10）。
4.根据权利要求1所述的一种教学用3D打印机，其特征在于，所述3D打印腔（3）的侧壁为透明材质制成，3D打印腔（3）的侧壁上设有腔门（31）。
5.一种教学用3D打印机的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 将需要通过3D打印制作出模型的原物体放入到扫描腔（1）中，启动扫描装置对原物体进行全方位扫描，获得原物体的点云数据，并将获得的原物体的点云数据传输给数据存储单元；
S2. 数字化建模单元从数据存储单元读取原物体的点云数据，根据该点云数据构建3D模型，并将构建好的3D模型显示在显示单元（4）上；
S3. 操作者通过显示单元（4）观察构建好的3D模型跟原物体相比是否存在某些缺陷区域，如果发现有存在缺陷的区域，则重复步骤S1和步骤S2进行二次构建3D模型，并将二次构建的3D模型与第一次构建的3D模型叠加得到新的3D模型，重复步骤S3，直至最终的3D模型完美无缺陷，并将该3D模型进行存储；
S4. 控制单元根据步骤S3最终得到的3D模型的数据控制3D打印设备在3D打印腔（3）内进行3D打印操作，最终打印出实体模型；同时，控制单元将3D打印设备的打印过程和打印状态实时显示在显示单元上；
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