CN110193929A - 基于可编程点阵顶针的3d打印支撑系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统及其控制方法，系统包括控制模块、固定架、设于固定架上的顶针成型装置、顶杆驱动装置和XY移动平台，顶针成型装置设于顶杆驱动装置上方，顶杆驱动装置安装在XY移动平台上，顶针成型装置包括一系列顶针，每根顶针的上升高度可独立控制；控制模块将三维模型的信息转换为控制顶杆驱动装置、XY移动平台装置的运动指令，使不同顶针上升至不同高度，进而使点阵顶针的顶部形成打印模型的支撑。与现有技术相比，本发明可根据打印的模型生成所需的底部支撑，无需在打印过程中打印材料支撑结构，实现高效率、低成本打印。

Description

基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统及其控制方法。
背景技术
3D打印技术将复杂的三维问题简化为易于处理的二维问题，通过材料层层堆积的方式可以制造出几何上高度复杂的零件，这种优势极大推动了3D打印在各个领域的应用。在3D打印过程中，材料至下而上的堆积是在已成型的材料结构基础之上进行的，如果模型的某些部位是悬空的，则打印过程必须要利用支撑结构以避免材料的坍塌，这种支撑在熔融沉积式3D打印过程中的应用尤其广泛。然而支撑结构的存在带来了诸多问题，比如零件表面质量差，打印效率低，材料浪费以及打印件后处理复杂等；此外，因传统3D打印零件使用材料支撑，打印完成后需要对支撑材料进行拆除，一定程度上会使得零件的表面质量受损。近年来，有关3D打印的支撑结构的研究主要集中在如何减少支撑材料结构以削弱其带来的影响，并没有一种技术能够去掉材料支撑以从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，包括固定架、顶针成型装置、顶杆驱动装置、XY移动平台以及分别与顶杆驱动装置、XY移动平台连接的控制模块，顶针成型装置、顶杆驱动装置、XY移动平台由上至下依次设置在固定架上，所述的顶针成型装置包括按照点阵密集排列的一系列顶针，所述的顶杆驱动装置包括多个用以推动不同位置的顶针沿Z轴运动的上下驱动模块，每根顶针的上升高度由各上下驱动模块独立控制；所述的控制模块通过处理导入的三维支撑模型获取点阵数据的坐标信息，然后进一步将点阵数据的坐标信息转换成驱动控制指令控制XY移动平台移动至某一处位置后，控制该处的上下驱动模块推动其对应的顶针上升至预定高度，完成后进行下一处位置的顶针推动控制，使不同顶针根据所需点阵数据的坐标信息上升至不同高度，直至所有顶针均达到预定高度后，顶针的顶部形成所需要的打印模型的支撑。
优选地，所述的顶杆驱动装置还包括固定底板、板状固定架和多个固定侧板，多个固定侧板并行设置，所述的板状固定架依次穿过多个固定侧板的下方，多个固定侧板的底部并行固定在固定底板上，每一个固定侧板上均匀设置多个上下驱动模块，上下驱动模块的底部固定在板状固定架上。
优选地，所述的上下驱动模块包括顶杆、丝杆、光杆、升降台、支撑板及与控制模块连接的Z轴驱动电机，所述的支撑板包括竖直板、设于竖直板顶部的第一水平板及设于竖直板底部的第二水平板，所述的竖直板固定在固定侧板上，所述的Z轴驱动电机固定在板状固定架上，所述的第二水平板固定在Z轴驱动电机的顶部，所述的丝杆与Z轴驱动电机相连，丝杆的顶端穿过升降平台后固定在第一水平板上，光杆的底端固定在第二水平板上，光杆的顶端穿过升降平台后固定在第一水平板上，顶杆固定在升降平台上，其顶端穿过第一水平板，各个上下驱动模块上的顶杆均匀对应相同数量的顶针。
优选地，所述的XY移动平台包括用以驱动顶杆驱动装置沿水平方向移动的X轴移动机构和Y轴移动机构，所述的X轴移动机构设于固定架的底部，所述的Y轴移动机构设于X轴移动机构上。
优选地，所述的X轴移动机构包括X轴移动台、X轴驱动电机、X轴丝杠和第一固定托架，所述的第一固定托架固定在固定架的底部，第一固定托架的一端安装X轴驱动电机，X轴驱动电机通过X轴丝杠与X轴移动台连接，X轴移动台设置在第一固定托架的上表面进行X轴方向的移动，所述的X轴驱动电机与控制模块连接。进一步地，X轴移动台的底部两侧边缘对称设有滚子，第一固定托架的两侧壁设有与滚子配合使用的第一滑槽，使滚子紧贴第一固定托架的两侧壁进行滚动。
优选地，所述的Y轴移动机构包括Y轴移动台、Y轴驱动电机、Y轴丝杠和第二固定托架，所述的第二固定托架的一端安装Y轴驱动电机，Y轴驱动电机通过Y轴丝杠与Y轴移动台连接，Y轴移动台设置在第二固定托架的上表面进行Y轴方向的移动，Y轴移动台的顶部与顶杆驱动装置的固定底板固定连接，所述的Y轴驱动电机与控制模块连接。进一步地，Y轴移动台的底部两侧边缘对称设有滚子，第二固定托架的两侧壁设有与滚子配合使用的第二滑槽，使滚子紧贴第二固定托架的两侧壁进行滚动。
优选地，所述的控制模块包括PC机，单片机和电机驱动模块，所述的PC机基于OpenGL进行模型信息提取，并根据行程信息输送点阵顶针数据至单片机，单片机将点阵顶针数据转换为转动脉冲信号，控制电机驱动模块驱动Z轴驱动电机、X轴驱动电机、Y轴驱动电机运动。
优选地，该装置还包括用以容纳顶针上下活动的顶针排布组件以及用以锁定顶针位置的锁死组件，所述的顶针排布组件包括设于固定架上的中空针板及设于中空针板内的格栅板和硅胶板，所述的格栅板设于硅胶板上，所述的硅胶板与中空针板上对应设有相同数量及尺寸的通孔，一系列顶针对应依次穿过格栅板、硅胶板、中空针板后实现上下自由活动，所述的锁死组件设于中空针板上。
优选地，所述的锁死组件包括锁死旋钮和拧紧螺栓，所述的拧紧螺栓依次穿过中空针板的侧端、格栅板的侧端后设于格栅板的栅格区域，所述的锁死旋钮设于螺栓的端部。
一种基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、在PC机导入所需的三维支撑模型，模型按照设定方向放置，解析模型信息，通过程序解析文件，将不同规模和形状的模型统一，提取模型的顶点缓冲对象、索引缓冲区到缓冲区的数组中，并对提取的模型信息进行规格化处理；
步骤二、生成摄像机，并调整摄像机的方向使其与模型待透视面相同，根据已经确定的摄像机、模型和摄像机与模型的相对距离，运用顶点矩阵和摄像机变换矩阵的乘积得到映射矩阵，将三维空间距离变换为摄像机与模型的投影距离；
步骤三、根据透视运算获得的数据对视野中点线面的遮盖关系进行确定，控制程序根据映射矩阵中的坐标对模型可见面的像素按深度进行着色；
步骤四、对图片像素进行采样，获得符合要求的低像素图片，并对图片灰度进行采样；
步骤五、读取每一个点的灰度信息，将其映射为0至1的行程系数，输出到txt文件，读入txt文件，将点阵数据的坐标信息逐个通过串口发向单片机；
步骤六、单片机将点阵数据的坐标信息转换成每个电机的转动脉冲数信息，通过电机驱动模块控制Y轴驱动电机、X轴驱动电机的电机圈数控制顶杆驱动装置运动至某一位置，电机驱动模块控制Z轴驱动电机的电机圈数以使上下驱动模块推动顶杆至预定高度，顶杆推动对应的顶针至指定位置，各上下驱动模块完成工作后，上下驱动模块通过XY移动平台整体移动，进行下一位置处的工作，使不同顶针根据所需点阵数据的坐标信息上升至不同高度，直至所有顶针达到预定位置，顶针的顶部形成所需要的打印模型的支撑。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统设于一台固定架上，控制模块可通过编程控制顶杆驱动装置、XY移动平台运动，顶杆推动顶针上升至预设的高度，不同的点阵顶针顶部形成了打印模型所需的三维支撑，使含有悬空部分的3D打印的零件无需再进行打印材料支撑结构，大大节省了支撑材料，降低了打印成本；
2、本发明系统可高效率地根据模型所需的支撑，通过识别导入支撑模型自动生成三维支撑，无需在打印过程中打印底部支撑结构，极大的提高了打印效率；
3、相比于传统3D打印完成后需要对支撑材料进行拆除，使得3D零件的表面质量受损，本发明系统采用由顶针顶部所形成支撑部分，且每个顶针可独立控制，能够使零件较容易脱模，提高了零件表面质量。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明系统中顶针成型装置的爆炸图；
图3为本发明系统中顶杆驱动装置的结构示意图；
图4为本发明系统中顶杆驱动装置中固定侧板与上下驱动模块的位置结构示意图；
图5为本发明系统中上下驱动模块的结构示意图；
图6为本发明系统中XY移动平台的结构示意图；
图1中标号所示：
1、顶针成型装置，2、顶杆驱动装置，3、XY移动平台，4、固定架，41、第一支撑板，42、第二支撑板；
图2中标号所示：
12、顶针，13、格栅板，14、硅胶板，15、中空针板，16、锁死旋钮，17、拧紧螺栓；
图3中标号所示：
21、顶杆，22、丝杆，23、光杆，24、升降台，25、Z轴驱动电机，26、固定侧板，27、板状固定架，28、固定底板，29、固定安装孔，210、支撑板；
图4中标号所示：
31、Y轴丝杠，32、Y轴移动台，33、第一固定托架，34、Y轴驱动电机，35、X轴驱动电机，36、X轴丝杠，37、X轴移动台，38、滚子，39、第二固定托架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1～图6所示，本发明涉及一种基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，该系统包括顶针成型装置1、顶杆驱动装置2、XY移动平台3、固定架4以及控制模块(未在图中画出)。
固定架4的顶部支架设有两根平行设置的第一支撑板41，固定架4的底部支架设有两根平行设置的第二支撑板42。优选地，固定架4为方体结构架。
顶针成型装置1包括格栅板13、硅胶板14、中空针板15、锁死旋钮16、拧紧螺栓17以及按照点阵密集排列的一系列顶针12。中空针板15的两端分别固定在两根第一支撑板41上。中空针板15上设有多个相同的通孔。格栅板13、硅胶板14分别设置在中空针板15中，且格栅板13位于硅胶板14上。硅胶板14上具有与中空针板15相同数量的通孔，各板上通孔的数量与顶针12的数量相同，且硅胶板14与中空针板15的通孔位置对应设置。
每根顶针12的移动高度可独立控制。顶针12通过顶杆驱动装置2推动其上升，顶针12的顶部朝上，针尾朝下。一系列顶针12对应依次穿过格栅板13、硅胶板14的通孔、中空针板15的针孔以实现上下自由活动。格栅板13上设有多个栅格，用于对穿过格栅板13的顶针12进行限位，格栅板13上栅格的排布面积与其下方硅胶板14上通孔的总排布面积相同。格栅板13的侧壁设有第一螺栓孔131，中空针板15的侧端与第一螺栓孔131相对应位置处设有第二螺栓孔151，第一螺栓孔131、第二螺栓孔151与拧紧螺栓17相匹配。拧紧螺栓17依次穿过第二螺栓孔151、第一螺栓孔131后置于格栅板13的栅格区域。拧紧螺栓17的端部设有锁死旋钮16，用于拧紧拧紧螺栓17。
如图3～图5所示，顶杆驱动装置2包括固定底板28、板状固定架27、多个固定侧板26以及多个上下驱动模块。多个固定侧板26并行设置，其底部并行固定在固定底板28上，每一个固定侧板26上设有相同位置及大小的固定安装孔29，板状固定架27依次穿过各固定侧板26的固定安装孔29实现稳固安装。多个上下驱动模块均匀架设在多个固定侧板26上，上下驱动模块的底部固定在板状固定架27上。
上下驱动模块由顶杆21、丝杆22、光杆23、升降台24、Z轴驱动电机25以及支撑板210组成，本实施例中共有16组上下驱动模块排列固定在板状固定架27上，具体分析单一的上下驱动模块：Z轴驱动电机25固定在板状固定架27上，支撑板210包括竖直板及设于竖直板顶部的第一水平板和设于竖直板底部的第二水平板，竖直板、第一水平板、第二水平板一体成型。竖直板通过螺栓螺母组件固定在固定侧板26上，第二水平板安装在Z轴驱动电机25的顶部，丝杆22与Z轴驱动电机25相连，丝杆22的顶部穿过升降平台24后固定在第一水平板上。光杆23的底部固定在第二水平板上，光杆23穿过升降平台24后固定在第一水平板上，升降平台24与丝杆22和光杆23装配，可保证其上下移动。顶杆21固定在升降平台24上，其顶部穿过第一水平板。
XY移动平台4包括X轴驱动电机35、X轴丝杠36、X轴移动台37、Y轴驱动电机34、Y轴移动台32、Y轴丝杠31、滚子38及第一固定托架33。第一固定托架33固定在两根平行设置的第二支撑板42上。第一固定托架33的一端设置有X轴驱动电机35，X轴驱动电机35通过X轴丝杠36与X轴移动台37连接，X轴移动台37设置在第一固定托架33的上表面进行X轴方向的移动。X轴移动台37的底部两侧边缘对称设有滚子38，第一固定托架33的两侧壁设有与滚子38配合使用的第一滑槽331，使滚子38紧贴第一固定托架33的两侧壁进行滚动，用以实现X轴移动台37在第一固定托架33上稳定移动。
X轴移动台37的上表面设有与第一固定托架33结构相同的第二固定托架39，第二固定托架39的一端设置有Y轴驱动电机34，Y轴驱动电机34通过Y轴丝杠31与Y轴移动台32连接，Y轴移动台32设置在第二固定托架39的上表面进行Y轴方向的移动。Y轴移动台32的底部两侧边缘对称设有滚子38，第二固定托架39的两侧壁设有与滚子38配合使用的第二滑槽391，使滚子38紧贴第二固定托架39的两侧壁进行滚动，用以实现Y轴移动台32在第二固定托架39上稳定移动。Y轴移动台32的顶部与顶杆驱动装置2的固定底板28固定连接，用以控制顶杆驱动装置2在水平方向的整体移动。
控制模块包括PC机、单片机及电机驱动模块，电机驱动模块优选A4988驱动模块。PC机与单片机连接，单片机通过A4988驱动模块驱动Z轴驱动电机25、Y轴驱动电机34、X轴驱动电机35进行运动。优选地，PC机基于OpenGL的模型信息提取，并根据行程信息输送点阵顶针数据至单片机，单片机将点阵顶针数据转换为转动脉冲信号，控制A4988驱动模块驱动Z轴驱动电机25、X轴驱动电机35、Y轴驱动电机34运动。
本实施例中每一个上下驱动模块有一个顶杆21，每一个上下驱动模块上的顶杆21对应16个顶针。每两个顶杆21在X方向、Y方向均间隔3根针。一个顶杆21只负责与之相邻的4x4针位中的顶针12。本实施例中共有24*24＝576个通孔，对应576根顶针。
PC机根据实际所需三维支撑模型进行模型信息处理，将点阵数据的坐标信息发送至单片机，单片机将点阵数据的坐标信息转换为脉冲数信息，通过A4988驱动模块控制Y轴驱动电机34、X轴驱动电机35的电机圈数来使Y轴移动台32、X轴移动台37在水平方向进行移动，并通过控制Z轴驱动电机25的电机圈数来决定该处上下驱动模块对应的顶针12的移动高度。锁死旋钮16旋转可拉动拧紧螺栓17使得格栅板13工作，可限制所有顶针12的上下活动，进而一系列顶针12所上升的不同高度可形成不同的三维顶面。具体过程为：
运动开始时，A4988驱动模块控制Y轴驱动电机34、X轴驱动电机35的电机圈数来使Y轴移动台32、X轴移动台37在水平方向进行移动，进而带动顶杆驱动装置2运动至第一处位置的顶针12下，随后A4988驱动模块根据脉冲数决定此处Z轴驱动电机25各自不同的电机圈数，使各Z轴驱动电机25推动该位置处的顶杆12上升到不同的高度，进而推动顶杆21相对应的36根顶针12上升至不同高度，硅胶板14提供的静摩擦力使顶针12不会脱落。该部分顶针12的高度确认后，顶杆21返回初始位置。A4988驱动模块控制Y轴驱动电机34、X轴驱动电机35的电机圈数来使Y轴移动台32、X轴移动台37移动至第二处位置，进而使顶杆驱动装置2运动至该处的顶针12下，A4988驱动模块控制此处Z轴驱动电机25各自不同的电机圈数，使各Z轴驱动电机25推动该位置处的顶杆12上升到不同的高度，进而推动顶杆21相对应的36根顶针12上升至不同高度，硅胶板14提供的静摩擦力使顶针12不会脱落。重复以上步骤16次，直至所有顶针12均达到预定的高度位置。确定位置后，旋转锁死旋钮16以拉动拧紧螺栓17，使得格栅板13工作，硅胶板14提供的静摩擦力使顶针12不会脱落，此时通过对格栅板13施加横向力，使其产生对顶针12针尾的剪力，顶针12同时受硅胶板14及针架施加的横向力及格栅板13施加的与之方向相反的横向力，达到锁死的效果。不同顶针12根据所需点阵数据的坐标信息上升至不同高度，使顶针12的顶部形成打印模型所需三维形状的支撑。
本发明还涉及基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统的控制方法，该方法具体包括下列步骤：
(1)导入模型并解析模型信息：
导入所需的三维支撑模型(*.STL)，模型需要按照设定方向放置；解析模型信息，通过程序解析文件，将不同规模和形状的模型统一为易于程序处理的模型。提取模型的顶点缓冲对象(VBO)、索引缓冲区(IBO)到缓冲区的数组中，对提取的模型信息进行规格化处理。
(2)运用摄像机进行透视投影：生成摄像机，并调整摄像机的方向使其与模型待透视面相同；根据已经确定的摄像机、模型和摄像机与模型的相对距离，运用顶点矩阵和摄像机变换矩阵的乘积得到映射矩阵，将3D空间距离变换为摄像机与模型的投影距离。
(3)深度测试和着色：根据透视运算获得的数据对视野中点线面的遮盖关系进行确定，控制程序只根据映射矩阵中的坐标对模型可见面的像素按深度进行着色。
(4)可视模型预览和规格输出：利用Freeglew的图形接口显示调整着色后的模型预览并从图形接口输出为位图文件；对图片像素进行采样，获得符合要求的低像素图片；对图片灰度进行采样，使灰度空间能够被充分利用。
(5)像素信息处理：读出每一个点的灰度信息，将其映射为0至1的行程系数，输出到txt文件。利用Visual studio控制台程序读入txt文件，将点阵数据的坐标信息逐个通过串口发向单片机。
(6)单片机驱动电机
单片机将点阵数据的坐标信息转换成每个电机的转动脉冲数信息，通过连接A4988驱动模块来控制Z轴驱动电机、Y轴驱动电机、X轴驱动电机的电机圈数以推动顶杆，顶杆将顶针推到指定位置，所有上下驱动模块完成工作后，顶杆驱动装置根据Y轴驱动电机、X轴驱动电机的作用进行整体移动，进行下一次工作，使不同顶针根据所需点阵数据的坐标信息上升至不同高度，直至所有顶针达到指定的高度位置，顶针的顶部形成打印模型的支撑形状。
本发明能够通过识别模型的特征，以自动生成模型所需要形状的支撑，打印过程中无需打印支撑结构，可以完全取代现有的以材料打印支撑的相关技术，大大节省了支撑材料，降低了打印成本，提高了打印效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，该系统包括固定架(4)、顶针成型装置(1)、顶杆驱动装置(2)、XY移动平台(3)以及分别与顶杆驱动装置(2)、XY移动平台(3)连接的控制模块，顶针成型装置(1)，顶杆驱动装置(2)和XY移动平台(3)由上至下依次设置在固定架(4)上，所述的顶针成型装置(1)包括按照点阵密集排列的一系列顶针(12)，所述的顶杆驱动装置(2)包括多个用以推动不同位置的顶针(12)沿Z轴运动的上下驱动模块，每根顶针(12)的上升高度由各上下驱动模块独立控制；所述的控制模块通过处理导入的三维支撑模型获取点阵数据的坐标信息，然后将点阵数据的坐标信息转换成驱动控制指令将控制XY移动平台(3)移动至某一处位置后，控制该处的上下驱动模块推动其对应的顶针(12)上升至预定高度，完成后进行下一处位置的顶针(12)推动控制，使不同顶针(12)根据所需点阵数据的坐标信息上升至不同高度，直至所有顶针(12)均达到预定高度后，顶针(12)的顶部形成所需要的打印模型的支撑。
2.如权利要求1所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的顶杆驱动装置(2)还包括固定底板(28)、板状固定架(27)和多个固定侧板(26)，多个固定侧板(26)并行设置，所述的板状固定架(27)依次穿过多个固定侧板(26)的下方，多个固定侧板(26)的底部并行固定在固定底板(28)上，每一个固定侧板(26)上均匀设置多个上下驱动模块，上下驱动模块的底部固定在板状固定架(27)上。
3.如权利要求2所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的上下驱动模块包括顶杆(21)、丝杆(22)、光杆(23)、升降台(24)、支撑板(210)和与控制模块连接的Z轴驱动电机(25)，所述的支撑板(210)包括竖直板，设于竖直板顶部的第一水平板和设于竖直板底部的第二水平板，所述的竖直板固定在固定侧板(26)上，所述的Z轴驱动电机(25)固定在板状固定架(27)上，所述的第二水平板固定在Z轴驱动电机(25)的顶部，所述的丝杆(22)与Z轴驱动电机(25)相连，丝杆(22)的顶端穿过升降平台(24)后固定在第一水平板上，光杆(23)的底端固定在第二水平板上，光杆(23)的顶端穿过升降平台(24)后固定在第一水平板上，顶杆(21)固定在升降平台(24)上，其顶端穿过第一水平板，各个上下驱动模块上的顶杆(21)均匀对应相同数量的顶针(12)。
4.如权利要求3所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的XY移动平台(3)包括用以驱动顶杆驱动装置(2)沿水平方向移动的X轴移动机构和Y轴移动机构，所述的X轴移动机构设于固定架(4)的底部，所述的Y轴移动机构设于X轴移动机构上。
5.如权利要求4所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的X轴移动机构包括X轴移动台(37)、X轴驱动电机(35)、X轴丝杠(36)和第一固定托架(33)，所述的第一固定托架(33)固定在固定架(4)的底部，第一固定托架(33)的一端安装X轴驱动电机(35)，X轴驱动电机(35)通过X轴丝杠(36)与X轴移动台(37)连接，X轴移动台(37)设置在第一固定托架(33)的上表面进行X轴方向的移动，所述的X轴驱动电机(35)与控制模块连接。
6.如权利要求5所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的Y轴移动机构包括Y轴移动台(32)、Y轴驱动电机(34)、Y轴丝杠(31)和第二固定托架(39)，所述的第二固定托架(39)的一端安装Y轴驱动电机(34)，Y轴驱动电机(34)通过Y轴丝杠(31)与Y轴移动台(32)连接，Y轴移动台(32)设置在第二固定托架(39)的上表面进行Y轴方向的移动，Y轴移动台(32)的顶部与顶杆驱动装置(2)的固定底板(28)固定连接，所述的Y轴驱动电机(34)与控制模块连接。
7.如权利要求6所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的控制模块包括PC机，单片机和电机驱动模块，所述的PC机基于OpenGL进行模型信息提取，并根据行程信息输送点阵顶针数据至单片机，单片机将点阵顶针数据转换为转动脉冲信号，控制电机驱动模块驱动Z轴驱动电机(25)、X轴驱动电机(35)、Y轴驱动电机(34)运动。
8.如权利要求1所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，该装置还包括用以容纳顶针(12)上下活动的顶针排布组件和用以锁定顶针(12)位置的锁死组件，所述的顶针排布组件包括设于固定架(4)上的中空针板(15)和设于中空针板(15)内的格栅板(13)与硅胶板(14)，所述的格栅板(13)设于硅胶板(14)上，所述的硅胶板(14)与中空针板(15)上对应设有相同数量及尺寸的通孔，一系列顶针(12)对应依次穿过格栅板(13)、硅胶板(14)、中空针板(15)后实现上下自由活动，所述的锁死组件设于中空针板(15)上。
9.如权利要求8所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统，其特征在于，所述的锁死组件包括锁死旋钮(16)和拧紧螺栓(17)，所述的拧紧螺栓(17)依次穿过中空针板(15)的侧端、格栅板(13)的侧端后设置在格栅板(13)的栅格区域，所述的锁死旋钮(16)设于螺栓(17)的端部。
10.一种实现如权利要求1-9任一项所述的基于可编程点阵顶针的3D打印支撑系统的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
1)在PC机导入所需的三维支撑模型，模型按照设定方向放置，解析模型信息，通过程序解析文件，将不同规模和形状的模型统一，提取模型的顶点缓冲对象、索引缓冲区到缓冲区的数组中，并对提取的模型信息进行规格化处理；
2)生成摄像机，并调整摄像机的方向使其与模型待透视面相同，根据已经确定的摄像机，模型和摄像机与模型的相对距离，运用顶点矩阵和摄像机变换矩阵的乘积得到映射矩阵，将三维空间距离变换为摄像机与模型的投影距离；
3)根据透视运算获得的数据对视野中点线面的遮盖关系进行确定，控制程序根据映射矩阵中的坐标对模型可见面的像素按深度进行着色；
4)对图片像素进行采样，获得符合要求的低像素图片，并对低像素图片灰度进行采样；
5)读取每一个点的灰度信息，将其映射为0至1的行程系数，输出到txt文件，随后读入txt文件，将点阵数据的坐标信息逐个通过串口发向单片机；
6)单片机将点阵数据的坐标信息转换成每个电机的转动脉冲数信息，通过电机驱动模块控制Y轴驱动电机、X轴驱动电机的电机圈数控制顶杆驱动装置运动至某一位置，电机驱动模块控制Z轴驱动电机的电机圈数以使上下驱动模块推动顶杆至预定高度，顶杆推动对应的顶针至指定位置，各上下驱动模块完成工作后，上下驱动模块通过XY移动平台整体移动，进行下一位置的工作，使不同顶针根据所需点阵数据的坐标信息上升至不同高度，直至所有顶针达到预定位置，顶针的顶部形成所需要的打印模型的支撑。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111844473A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 重庆电子工程职业学院 基于计算机控制的瓷砖切割装置及切割方法
CN111859489A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 深圳市纵维立方科技有限公司 支撑结构生成方法、装置、电子设备以及存储介质
CN112092367A (zh) * 2020-09-03 2020-12-18 尤宝旺 新型3d打印装置
CN112092369A (zh) * 2020-09-03 2020-12-18 尤宝旺 软体面具的3d打印装置
CN112829303A (zh) * 2021-02-19 2021-05-25 武汉市中心医院 薄膜点阵定型装置
CN112873836A (zh) * 2021-02-19 2021-06-01 武汉市中心医院 双向拼接式针阵成型装置
CN116690981A (zh) * 2022-10-28 2023-09-05 南京航空航天大学 一种易脱模分区阵列熔融挤出增材制造热床
CN116871534A (zh) * 2023-09-07 2023-10-13 江苏大学 一种选区激光熔化随形支撑装置与方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105711095A (zh) * 2016-03-18 2016-06-29 浙江大学 三维打印用的支撑装置以及三维打印方法
CN106782026A (zh) * 2017-03-30 2017-05-31 南京工业职业技术学院 一种阵列堆杆式三维沙盘成型机
JP2017121719A (ja) * 2016-01-06 2017-07-13 パナソニック株式会社 ３次元造形装置及び３次元造形方法
CN107498875A (zh) * 2017-09-08 2017-12-22 浙江大学 一种3d打印用的可调式外部支撑装置
CN107856310A (zh) * 2017-10-19 2018-03-30 西安交通大学 一种大尺寸悬空构件3d打印的在线分区支撑方法及系统
CN207290722U (zh) * 2017-09-30 2018-05-01 东莞市锦洲塑胶制品有限公司 一种自动供料机
CN208148501U (zh) * 2018-04-18 2018-11-27 杭州先临爱打印科技有限公司 一种易剥离的3d打印支撑
WO2018223043A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 University Of Southern California Automatic reusable support for 3d printing

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017121719A (ja) * 2016-01-06 2017-07-13 パナソニック株式会社 ３次元造形装置及び３次元造形方法
CN105711095A (zh) * 2016-03-18 2016-06-29 浙江大学 三维打印用的支撑装置以及三维打印方法
CN106782026A (zh) * 2017-03-30 2017-05-31 南京工业职业技术学院 一种阵列堆杆式三维沙盘成型机
WO2018223043A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 University Of Southern California Automatic reusable support for 3d printing
CN107498875A (zh) * 2017-09-08 2017-12-22 浙江大学 一种3d打印用的可调式外部支撑装置
CN207290722U (zh) * 2017-09-30 2018-05-01 东莞市锦洲塑胶制品有限公司 一种自动供料机
CN107856310A (zh) * 2017-10-19 2018-03-30 西安交通大学 一种大尺寸悬空构件3d打印的在线分区支撑方法及系统
CN208148501U (zh) * 2018-04-18 2018-11-27 杭州先临爱打印科技有限公司 一种易剥离的3d打印支撑

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111844473A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 重庆电子工程职业学院 基于计算机控制的瓷砖切割装置及切割方法
CN111859489A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 深圳市纵维立方科技有限公司 支撑结构生成方法、装置、电子设备以及存储介质
CN111859489B (zh) * 2020-07-27 2024-04-16 深圳市纵维立方科技有限公司 支撑结构生成方法、装置、电子设备以及存储介质
CN112092369B (zh) * 2020-09-03 2021-08-17 岳阳哈工三维科技有限公司 软体面具的3d打印装置
CN112092369A (zh) * 2020-09-03 2020-12-18 尤宝旺 软体面具的3d打印装置
CN112092367B (zh) * 2020-09-03 2021-08-31 北京物喜堂科技有限公司 3d打印装置
CN112092367A (zh) * 2020-09-03 2020-12-18 尤宝旺 新型3d打印装置
CN112829303A (zh) * 2021-02-19 2021-05-25 武汉市中心医院 薄膜点阵定型装置
CN112873836A (zh) * 2021-02-19 2021-06-01 武汉市中心医院 双向拼接式针阵成型装置
CN112873836B (zh) * 2021-02-19 2022-08-09 武汉市中心医院 双向拼接式针阵成型装置
CN112829303B (zh) * 2021-02-19 2022-08-09 武汉市中心医院 薄膜点阵定型装置
CN116690981A (zh) * 2022-10-28 2023-09-05 南京航空航天大学 一种易脱模分区阵列熔融挤出增材制造热床
CN116690981B (zh) * 2022-10-28 2024-05-24 南京航空航天大学 一种易脱模分区阵列熔融挤出增材制造热床
CN116871534A (zh) * 2023-09-07 2023-10-13 江苏大学 一种选区激光熔化随形支撑装置与方法
CN116871534B (zh) * 2023-09-07 2023-12-01 江苏大学 一种选区激光熔化随形支撑装置与方法

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