CN109080152A - 一种智能3d打印系统及其工作方法 - Google Patents

一种智能3d打印系统及其工作方法 Download PDF

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钱婷婷
马婵玉
董豪
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    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

本发明涉及一种智能3D打印系统及其工作方法，本智能3D打印系统包括：云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；本发明的3D打印系统通过用料检测模块对剩余打印物料量进行监控，避免了在打印过程中因打印物料不足而导致打印操作中断，而影响打印效率和打印效果，造成成本浪费。

Description

一种智能3D打印系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种智能3D打印系统及其工作方法。
背景技术
现有的3D打印机，通常是将3D打印模型分割成多层，形成多层平面图像，然后打印依次叠加的平面图像，从而粘合成立体模型。
在3D打印过程中，如果出现打印物料不足的话，会导致3D打印中断，由于3D打印的成型技术非常的复杂，打印成本较高，因此，如果打印过程中断，将会严重影响打印质量和打印效率，如果打印质量不合格，还会带来很大地成本浪费；虽然在3D打印前，一般打印人员都会预先查看打印物料剩余情况，但每次打印前都要人工查看，操作麻烦，本发明特提供一种智能3D打印系统，可以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能3D打印系统及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能3D打印系统，包括：云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；若所需打印物料量不大于剩余打印物料量，则云服务器将该3D模型对应的打印指令发送至3D打印机；以及若所需打印物料量大于剩余打印物料量，则云服务器将提醒信息发送至3D打印机和移动终端。
进一步，所述3D打印机还包括：与控制器电性连接的人机交互界面；所述人机交互界面适于显示提醒信息。
进一步，所述控制器还设有存储模块、切换模块和处理模块；所述3D打印机还包括：支架、储料组件、高精度喷射泵、导轨、打印喷头、驱动组件和工作台；其中所述支架位于所述工作台上方，且所述导轨位于所述支架上；所述驱动组件由所述处理模块控制，以驱动打印喷头沿所述导轨在工作台上方运动；所述高精度喷射泵的一端连接储料组件，其另一端连接打印喷头；以及所述处理模块适于通过切换模块控制3D打印机在正常打印模式和边缘打印模式之间切换。
进一步，所述打印喷头设有磁性弹片结构和弹片吸合装置；所述弹片吸合装置包括上部吸合点和下部吸合点；在边缘打印模式下，所述处理模块依据当前打印点，即第i行j点坐标以及第i-1行与j点相对应的j′点坐标关系，调整磁性弹片结构的吸合状态。
进一步，所述处理模块适于判断当前打印点是否位于轮廓线上，是则通过切换模块进入边缘打印模式，否则采用正常打印模式。
进一步，在边缘打印模式下，所述处理模块适于得到当前打印点的相对位移量，其公式如下：
其中：n是打印总层数；i是当前打印层数；di是打印高度；d0是3D打印机最小运动长度；xij、yij分别是当前打印点j的X轴坐标、Y坐标；x(i-1)j、y(i-1)j分别为j点对应的i-1层轮廓线的坐标点j′；ηi为第i层的调节系数，ηi＝f(i)，f(t)是关于t的非线性函数；以及所述驱动组件驱动打印喷头向相应方向运动Lij。
进一步，所述打印喷头在正常打印模式下最小运动距离D为边缘打印模式最小运动距离d0的10倍。
又一方面，本发明还提供了一种智能3D打印系统的工作方法，包括：云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；若所需打印物料量不大于剩余打印物料量，则云服务器将该3D模型对应的打印指令发送至3D打印机；以及若所需打印物料量大于剩余打印物料量，则云服务器将提醒信息发送至3D打印机和移动终端。
本发明的有益效果是，本发明的智能3D打印系统通过用料检测模块检测3D打印机的剩余打印物料量，能够在3D打印机开始打印3D模型之前，预先判断3D打印机剩余打印物料量是否足够，并在剩余打印物料量不够的情况下，通过云服务器发出提醒信息；本发明的3D打印系统通过对剩余打印物料量的监控，避免了在打印过程中因打印物料不足而导致打印操作中断，而影响打印效率和打印效果，造成成本浪费。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的智能3D打印系统的原理框图；
图2是本发明的3D打印机的结构示意图。
其中：
支架1、储料组件2、高精度喷射泵3、导轨4、打印喷头5、磁性弹片结构51、吸合装置52、上部吸合点521、下部吸合点522、驱动组件6、工作台7、控制器8、存储模块81、切换模块82、处理模块83。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例1提供了一种智能3D打印系统，包括：云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；若所需打印物料量不大于剩余打印物料量，则云服务器将该3D模型对应的打印指令发送至3D打印机；以及若所需打印物料量大于剩余打印物料量，则云服务器将提醒信息发送至3D打印机和移动终端。
具体的，所述控制器例如但不限于采用PLC控制器；所述通讯模块采用以太网接口模块、WiFi模块等。
所述3D打印机还包括：与控制器电性连接的人机交互界面；所述人机交互界面适于显示提醒信息。
具体的，本实施例的智能3D打印系统通过用料检测模块检测3D打印机的剩余打印物料量，能够在3D打印机开始打印3D模型之前，预先判断3D打印机剩余打印物料量是否足够，在剩余打印物料量不够的情况下，通过云服务器发出提醒信息，通过对剩余打印物料量的监控，避免了在打印过程中因打印物料不足而导致打印操作中断，而影响打印效率和打印效果，造成成本浪费。
另外，现有3D打印机打印出的模型，由于每层打印都具有一定的高度，当打印完成后的模型，通常会出现阶梯状，造成失真，而且每层的高度越大，失真越明显，从而使得打印的模型精度不高。
为了减小打印误差，使打印的模型更加准确，本实施例1中，所述控制器8还设有存储模块81、切换模块82和处理模块83；所述3D打印机还包括：支架1、储料组件2、高精度喷射泵3、导轨4、打印喷头5、驱动组件6和工作台7；其中所述支架1位于所述工作台7上方，且所述导轨4位于所述支架1上；所述驱动组件6由所述处理模块83控制，以驱动打印喷头5沿所述导轨4在工作台7上方运动；所述高精度喷射泵3的一端连接储料组件2，其另一端连接打印喷头5；以及所述处理模块83适于通过切换模块82控制3D打印机在正常打印模式和边缘打印模式之间切换。
具体的，所述用料检测模块适于检测储料组件2中的剩余打印物料量；所述存储模块81用于存储数据；所述处理模块83依据3D模型生成3D打印机的打印路径，并控制高精度喷射泵3将储料组件2中的打印物料挤入打印喷头5，通过打印喷头5将打印物料喷射至工作台7，完成打印。
所述打印喷头5设有磁性弹片结构51和弹片吸合装置52；所述弹片吸合装置52包括上部吸合点521和下部吸合点522；在边缘打印模式下，所述处理模块83依据当前打印点，即第i行j点坐标以及第i-1行与j点相对应的j′点坐标关系，调整磁性弹片结构51的吸合状态。
具体的，在正常打印模式下，弹片吸合装置52不工作，磁性弹片结构51处于自由状态；在边缘打印模式下，所述处理模块83依据当前打印点，即第i行j点坐标以及第i-1行与j点相对应的j′点坐标关系，调整磁性弹片结构51的吸合状态，具体地，当j点坐标位于j′点外侧时，上部吸合点521动作，当j点坐标位于j′点内侧时，下部吸合点522动作，从而使得打印出的3D模型的表面形成倾斜并依靠打印材料的凝聚力形成自然的弧状，进而消除阶梯感，使打印的模型更精确。
所述处理模块83适于判断当前打印点是否位于轮廓线上，是则通过切换模块进入边缘打印模式，否则采用正常打印模式。
具体的，在打印过程中，所述处理模块83实时判断当前打印点是否是轮廓点，当打印点为轮廓点时，所述切换模块82将打印模式切切换边缘打印模式，否则将打印模式设置为正常打印模式。
在边缘打印模式下，所述处理模块83适于得到当前打印点的相对位移量，其公式如下：
其中：n是打印总层数；i是当前打印层数；di是打印高度；d0是3D打印机最小运动长度；xij、yij分别是当前打印点j的X轴坐标、Y坐标；x(i-1)j、y(i-1)j分别为j点对应的i-1层轮廓线的坐标点j′；ηi为第i层的调节系数，ηi＝f(i)，f(t)是关于t的非线性函数；以及所述驱动组件6驱动打印喷头5向相应方向运动Lij。
具体的，在当前打印点位于轮廓线上时，所述处理模块83先通过驱动组件6将打印喷头5移动至当前打印点，然后再通过切换模块82将3D打印机的打印模块切换至边缘打印模式，并依据相对位移量Lij，控制打印喷头5移动到更为精确的位置；其中驱动组件6精度调节的方式现有技术中有很多，在这里不做详细论述，在打印非边缘部分采用较大的步长，在打印边缘时采用较小的步长，并且通过相对位移量Lij控制调节，不但使得打印效率高，而且打印的模型更接近实际产品；由于合理计算Lij，实现驱动打印喷头5以较高的精度调整至最合适的位置。
所述打印喷头5在正常打印模式下最小运动距离D为边缘打印模式下最小运动距离d0的10倍。
具体的，在正常打印模式下，所述驱动组件6驱动打印喷头5的最小运动距离为D，在边缘打印模式下，所述驱动组件6驱动打印喷头5的最小运动距离为d0，在本实施例中，D＝10d0。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例提供了一种智能3D打印系统的工作方法，包括：云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；若所需打印物料量不大于剩余打印物料量，则云服务器将该3D模型对应的打印指令发送至3D打印机；以及若所需打印物料量大于剩余打印物料量，则云服务器将提醒信息发送至3D打印机和移动终端。
具体的，本实施例所述的智能3D打印系统的工作原理、工作方法以及工作过程与实施例1中的智能3D打印系统相同，此处不再赘述。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种智能3D打印系统，其特征在于，包括：
云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中
所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；
所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；
所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；
所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；
若所需打印物料量不大于剩余打印物料量，则云服务器将该3D模型对应的打印指令发送至3D打印机；以及
若所需打印物料量大于剩余打印物料量，则云服务器将提醒信息发送至3D打印机和移动终端。
2.根据权利要求1所述的智能3D打印系统，其特征在于，
所述3D打印机还包括：与控制器电性连接的人机交互界面；
所述人机交互界面适于显示提醒信息。
3.根据权利要求2所述的智能3D打印系统，其特征在于，
所述控制器还设有存储模块、切换模块和处理模块；
所述3D打印机还包括：支架、储料组件、高精度喷射泵、导轨、打印喷头、驱动组件和工作台；其中
所述支架位于所述工作台上方，且所述导轨位于所述支架上；
所述驱动组件由所述处理模块控制，以驱动打印喷头沿所述导轨在工作台上方运动；
所述高精度喷射泵的一端连接储料组件，其另一端连接打印喷头；以及
所述处理模块适于通过切换模块控制3D打印机在正常打印模式和边缘打印模式之间切换。
4.根据权利要求3所述的智能3D打印机，其特征在于，
所述打印喷头设有磁性弹片结构和弹片吸合装置；
所述弹片吸合装置包括上部吸合点和下部吸合点；
在边缘打印模式下，所述处理模块依据当前打印点，即第i行j点坐标以及第i-1行与j点相对应的j′点坐标关系，调整磁性弹片结构的吸合状态。
5.根据权利要求4所述的智能3D打印机，其特征在于，
所述处理模块适于判断当前打印点是否位于轮廓线上，是则通过切换模块进入边缘打印模式，否则采用正常打印模式。
6.根据权利要求5所述的智能3D打印机，其特征在于，
在边缘打印模式下，所述处理模块适于得到当前打印点的相对位移量，其公式如下：
其中：n是打印总层数；i是当前打印层数；di是打印高度；d0是3D打印机最小运动长度；xij、yij分别是当前打印点j的X轴坐标、Y坐标；x(i-1)j、y(i-1)j分别为j点对应的i-1层轮廓线的坐标点j′；ηi为第i层的调节系数，ηi＝f(i)，f(t)是关于t的非线性函数；以及
所述驱动组件驱动打印喷头向相应方向运动Lij。
7.根据权利要求6所述的智能3D打印机，其特征在于，
所述打印喷头在正常打印模式下最小运动距离D为边缘打印模式最小运动距离d0的10倍。
8.一种智能3D打印系统的工作方法，其特征在于，包括：
云服务器，与该云服务器相连的移动终端和3D打印机；其中
所述3D打印机包括：控制器，与该控制器相连的用料检测模块和通讯模块；
所述用料检测模块适于检测3D打印机的剩余打印物料量，并通过通讯模块实时发送至云服务器；
所述移动终端适于采集待打印产品的3D模型，并将3D模型发送至云服务器；
所述云服务器适于对3D模型进行分析处理，以得到该3D模型所需打印物料量，并与剩余打印物料量进行比较；
若所需打印物料量不大于剩余打印物料量，则云服务器将该3D模型对应的打印指令发送至3D打印机；以及
若所需打印物料量大于剩余打印物料量，则云服务器将提醒信息发送至3D打印机和移动终端。
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