CN112338205A - 一种精密铸造3d打印机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精密铸造3D打印机的控制系统；包括控制模块，所述控制模块上电性连接有调压模块、存储模块、检测模块、数据接口、辅助模块、数据通讯、第一驱动器和第二驱动器，所述动力设备上电性连接有间隙检测器，所述打印喷头上电性连接有断丝检测器，所述第一驱动器上电性连接有位移检测器，所述第二驱动器上电性连接有散热气泵；本发明通过间隙检测器和位移检测器对打印喷头的移动进行检测，提高打印机的精准度，并且断丝检测器，有效的检测到打印喷头是否断丝，通过数据通讯实现远程控制调节，进而实现对控制模块进行操作调节，且设有散热气泵，可以实现对打印机内部运行时候产生的高温气体进行排放。

Description

一种精密铸造3D打印机的控制系统
技术领域
本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种精密铸造3D打印机的控制系统。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用，在3D打印机进行运行的时候，需要对打印过程进行精准的控制调节，这样就需要一些控制系统进行控制，然而市面上各种的控制系统仍存在各种各样的问题。
如授权公告号为CN104647756B所公开的3D打印机的控制系统，其虽然实现了电脑和主控板需要时刻连接，当将电脑需要切换到其他控制系统时，在切换的过程中需要断开3D打印机，故使得3D打印机不能正常工作，实时性较差的方案相比，其使中枢控制器采用有线或无线的方式连接3D打印机的控制板，通过上位机控制端(如浏览器或者Android平板App)启动控制软件，控制3D打印机完成以下任务，如文件打印与管理、温度设置与监控、机器调试、日志管理等工作，其中，本发明可以由多个上位机控制端同时连接3D打印机，从而可以实现多个上位机控制端之间切换，并且在切换的过程中，不影响3D打印机的正常工作，实时性较好，但是并未解决现有控制系统不能够实现精准定位检测控制调节，以及不能及时判定断丝，不能够实现远程控制调节和散热的问题，为此我们提出一种精密铸造3D打印机的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密铸造3D打印机的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精密铸造3D打印机的控制系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有调压模块、存储模块、检测模块、数据接口、辅助模块、数据通讯、第一驱动器和第二驱动器；
所述第一驱动器上电性连接有位移检测器和动力设备，所述位移检测器与所述控制模块电性连接，所述动力设备上固定安装有打印喷头，所述打印喷头活动设置在3D打印机的腔体内部，所述动力设备上电性连接有间隙检测器，所述打印喷头上电性连接有断丝检测器，所述间隙检测器和所述断丝检测器与所述控制模块电性连接，所述位移检测器能够有效的检测到所述动力设备的移动位移调节，所述间隙检测器用于检测所述打印喷头的校准基位，所述断丝检测器用于检测所述打印喷头内部的熔丝是否断送；
所述第二驱动器上电性连接有散热气泵，所述散热气泵通过输风管道将散热气流输送到打印喷头内部进行降温；
所述数据通讯内部包括有移动数据模块和无线模块，所述移动数据模块和所述无线模块能够实现数据的上传、下载、更新和远程控制调节；
所述检测模块内包括有温湿度检测、放射元素检测、电路检测、高清摄像头和通讯检测，所述温湿度检测用于检测3D打印机内部的打印环境，所述放射元素用于检测3D打印机内部的打印元素释放出来的放射性，所述电路检测用于检测系统电路运行的稳定性，所述高清摄像头用于拍摄3D打印的过程，所述通讯模块用于检测系统中数据通讯的运行稳定性；
所述辅助模块包括有显示屏、控制按键和警报装置，所述显示屏用于显示系统运行的参数和所述高清摄像头拍摄的画面，所述控制按键用于对系统进行控制调节，所述报警装置用于所述检测模块检测到问题之后进行警报。
优选的，所述调压模块内部包括有降压模块、整流模块、稳压模块和滤波模块，所述降压模块用于将高电压调节成低电压，所述整流模块用于将交流电转换成直流电供控制模块使用，所述稳压模块用于稳定电压，所述滤波模块用于滤除直流电中的交流电。
优选的，所述存储模块包括有RAM存储模块和ROM存储模块，所述RAM存储模块用于存储系统运行的日志，所述ROM存储模块用于存储系统运行的程序体。
优选的，所述数据接口包括有USB接口、RS-232接口和Rj45网线接口，所述USB接口和所述RS-232接口用于传输数据，所述Rj45网线接口用于通讯连接。
优选的，所述警报装置包括有声音警报和光照警报，所述警报装置与所述检测模块电性连接。
优选的，所述间隙检测通过在打印平台的右后方安装一压敏电阻，自动调平时通过所述打印喷头触碰压敏电阻，产生的电信号为校准基础，经过相应算法，计算出平台间隙。
优选的，所述散热气泵包括有三组端口，三组所述端口为一进二出，并且其中一出输送到喉管进行冷却，另一出输送到模型进行冷却。
优选的，所述动力设备包括有X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机。
优选的，所述腔体内设有三层空腔，三层所述空腔由外至内分别为隔热腔、热风腔和打印腔，其中隔热腔内部放置隔热材料，热风腔为热空气流通通道，打印腔为模型打印区。
优选的，所述控制模块上电性连接有时钟晶振电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过间隙检测器和位移检测器能够实现对打印喷头的移动进行稳定的检测，可以提高打印机的打印精准度，并且断丝检测器，可以有效的检测到打印喷头是否断丝，能够及时有效的进行控制动力设备的运行和暂停。
(2)本发明通过数据通讯实现远程控制调节，进而实现对控制模块进行操作调节，且设有散热气泵，可以实现对打印机内部运行时候产生的高温气体进行排放。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的X轴的控制示意图；
图3为本发明的Y轴的控制示意图；
图4为本发明的腔体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种精密铸造3D打印机的控制系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有调压模块、存储模块、检测模块、数据接口、辅助模块、数据通讯、第一驱动器和第二驱动器；
所述第一驱动器上电性连接有位移检测器和动力设备，所述位移检测器与所述控制模块电性连接，所述动力设备上固定安装有打印喷头，所述打印喷头活动设置在3D打印机的腔体内部，所述动力设备上电性连接有间隙检测器，所述打印喷头上电性连接有断丝检测器，所述间隙检测器和所述断丝检测器与所述控制模块电性连接，所述位移检测器能够有效的检测到所述动力设备的移动位移调节，所述间隙检测器用于检测所述打印喷头的校准基位，所述断丝检测器用于检测所述打印喷头内部的熔丝是否断送；
所述第二驱动器上电性连接有散热气泵，所述散热气泵通过输风管道将散热气流输送到打印喷头内部进行降温；
所述数据通讯内部包括有移动数据模块和无线模块，所述移动数据模块和所述无线模块能够实现数据的上传、下载、更新和远程控制调节；
所述检测模块内包括有温湿度检测、放射元素检测、电路检测、高清摄像头和通讯检测，所述温湿度检测用于检测3D打印机内部的打印环境，所述放射元素用于检测3D打印机内部的打印元素释放出来的放射性，所述电路检测用于检测系统电路运行的稳定性，所述高清摄像头用于拍摄3D打印的过程，所述通讯模块用于检测系统中数据通讯的运行稳定性；
所述辅助模块包括有显示屏、控制按键和警报装置，所述显示屏用于显示系统运行的参数和所述高清摄像头拍摄的画面，所述控制按键用于对系统进行控制调节，所述报警装置用于所述检测模块检测到问题之后进行警报。
在使用的时候，连接市电网，市电网的电压通过调压模块实现降压、整流、稳压和滤波之后，输送给控制模块，然后控制模块在接收都辅助模块内部的显示屏和控制按键实现对系统进行设定，使得控制模块能够控制第一驱动器对动力设备进行控制调节，进而实现打印喷头进行移动，且在系统运行的时候，控制模块通过第二驱动器实现对散热气泵进行运行，实现散热操作，并且在动力设备进行运行的时候，间隙检测器实现间隙的检测，并且在移动的时候，位移检测器可以实现对X轴、Y轴和Z轴进行移动检测，实现稳定的检测，且在打印喷头上设有断丝检测器，可以实现对打印喷头内部熔丝进行检测，在断丝的时候能够实现警报，进而实现稳定的控制，且通过数据通讯可以实现对系统进行远程控制调节，以及数据接口可以实现数据的传输。
为了实现对控制模块进行稳定的供电，本实施例中，优选的，所述调压模块内部包括有降压模块、整流模块、稳压模块和滤波模块，所述降压模块用于将高电压调节成低电压，所述整流模块用于将交流电转换成直流电供控制模块使用，所述稳压模块用于稳定电压，所述滤波模块用于滤除直流电中的交流电。
为了实现对系统内的程序体和日志进行分别存储，防止存储混乱，本实施例中，优选的，所述存储模块包括有RAM存储模块和ROM存储模块，所述RAM存储模块用于存储系统运行的日志，所述ROM存储模块用于存储系统运行的程序体。
为了实现对数据进行传输和通讯传输，本实施例中，优选的，所述数据接口包括有USB接口、RS-232接口和Rj45网线接口，所述USB接口和所述RS-232接口用于传输数据，所述Rj45网线接口用于通讯连接。
为了实现在系统发生故障的时候进行及时的警报，本实施例中，优选的，所述警报装置包括有声音警报和光照警报，所述警报装置与所述检测模块电性连接。
为了有效的实现对间隙进行检测，本实施例中，优选的，所述间隙检测通过在打印平台的右后方安装一压敏电阻，自动调平时通过所述打印喷头触碰压敏电阻，产生的电信号为校准基础，经过相应算法，计算出平台间隙。
为了实现进行散热，本实施例中，优选的，所述散热气泵包括有三组端口，三组所述端口为一进二出，并且其中一出输送到喉管进行冷却，另一出输送到模型进行冷却。
为了实现对动力设备进行控制调节，本实施例中，优选的，所述动力设备包括有X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；
X方向运动结构：
采用同一根同步齿形带牵引，同步带的两端分别固定在X向导轨的一侧的两端，其中间通过两组定滑轮与动滑轮组合与X移动件的两侧相连，以及使用两个定滑轮与电机相连，
当电机转动时，带动同步带运动，使动滑轮的位置发生变化，从而达到位移的目的，
因有动滑轮的参与，其运动惯量施加到电机上只是实际的1/2；
Y方向运动结构：
采用同一根同步齿形带牵引，同步带的两端分别固定在X向导轨的同一侧的两端，其中间通过四组定滑轮与动滑轮组合与X向支承件的两侧相连，以及使用两个定滑轮与电机相连。
当电机转动时，带动同步带运动，使动滑轮的位置发生变化，从而达到位移的目的。
因有动滑轮的参与，其运动惯量施加到电机上只是实际的1/4；
对于XY方向的运动精度需要测量两个方面的误差，重复定位精度(静态误差)和运动路径误差(动态精度)。对于动态精度的测量，目前专用的测量仪表价格昂贵，故设计并自制一台运动测量仪。
运动测量仪的设计思路为在XY方向各安装一个高精度位移测量传感器(光栅或磁栅)，将传感器信号通过中断的方式接入控制模块，控制模块每间隔一小段时间(ms级)记录并保存在同一时刻的XY方向位移数据。当喷头运动时，带动位移传感器移动，控制模块记录下一段时间内的实际位移数据，通过路径规划信息可以计算出理论位移数据。
运动停止后，对比当前的实际位移值和理论位移值，即可获得重复定位精度(静态误差)。
将一段时间内的实际位移数据与理论位移数据进行对比，即可获得在这一段运动时间内的运动路径误差(动态精度)。
为测量使用的方便，将运动测量仪做成固定的结构件，在使用时直接将3D打印机的喷头部件和运动测量仪的运动块固定连接即可。
为了实现腔体有效的分离，便于操作，本实施例中，优选的，所述腔体内设有三层空腔，三层所述空腔由外至内分别为隔热腔、热风腔和打印腔，其中隔热腔内部放置隔热材料，热风腔为热空气流通通道，打印腔为模型打印区。
为了实现对控制模块进行控制调节，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有时钟晶振电路。
本发明的工作原理：在使用的时候，连接市电网，市电网的电压通过调压模块实现降压、整流、稳压和滤波之后，输送给控制模块，然后控制模块在接收都辅助模块内部的显示屏和控制按键实现对系统进行设定，使得控制模块能够控制第一驱动器对动力设备进行控制调节，进而实现打印喷头进行移动，且在系统运行的时候，控制模块通过第二驱动器实现对散热气泵进行运行，实现散热操作，并且在动力设备进行运行的时候，间隙检测器实现间隙的检测，并且在移动的时候，位移检测器可以实现对X轴、Y轴和Z轴进行移动检测，实现稳定的检测，且在打印喷头上设有断丝检测器，可以实现对打印喷头内部熔丝进行检测，在断丝的时候能够实现警报，进而实现稳定的控制，且通过数据通讯可以实现对系统进行远程控制调节，以及数据接口可以实现数据的传输。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种精密铸造3D打印机的控制系统，包括控制模块，其特征在于：所述控制模块上电性连接有调压模块、存储模块、检测模块、数据接口、辅助模块、数据通讯、第一驱动器和第二驱动器；
所述第一驱动器上电性连接有位移检测器和动力设备，所述位移检测器与所述控制模块电性连接，所述动力设备上固定安装有打印喷头，所述打印喷头活动设置在3D打印机的腔体内部，所述动力设备上电性连接有间隙检测器，所述打印喷头上电性连接有断丝检测器，所述间隙检测器和所述断丝检测器与所述控制模块电性连接，所述位移检测器能够有效的检测到所述动力设备的移动位移调节，所述间隙检测器用于检测所述打印喷头的校准基位，所述断丝检测器用于检测所述打印喷头内部的熔丝是否断送；
所述第二驱动器上电性连接有散热气泵，所述散热气泵通过输风管道将散热气流输送到打印喷头内部进行降温；
所述数据通讯内部包括有移动数据模块和无线模块，所述移动数据模块和所述无线模块能够实现数据的上传、下载、更新和远程控制调节；
所述检测模块内包括有温湿度检测、放射元素检测、电路检测、高清摄像头和通讯检测，所述温湿度检测用于检测3D打印机内部的打印环境，所述放射元素用于检测3D打印机内部的打印元素释放出来的放射性，所述电路检测用于检测系统电路运行的稳定性，所述高清摄像头用于拍摄3D打印的过程，所述通讯模块用于检测系统中数据通讯的运行稳定性；
所述辅助模块包括有显示屏、控制按键和警报装置，所述显示屏用于显示系统运行的参数和所述高清摄像头拍摄的画面，所述控制按键用于对系统进行控制调节，所述报警装置用于所述检测模块检测到问题之后进行警报。
2.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述调压模块内部包括有降压模块、整流模块、稳压模块和滤波模块，所述降压模块用于将高电压调节成低电压，所述整流模块用于将交流电转换成直流电供控制模块使用，所述稳压模块用于稳定电压，所述滤波模块用于滤除直流电中的交流电。
3.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述存储模块包括有RAM存储模块和ROM存储模块，所述RAM存储模块用于存储系统运行的日志，所述ROM存储模块用于存储系统运行的程序体。
4.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述数据接口包括有USB接口、RS-232接口和Rj45网线接口，所述USB接口和所述RS-232接口用于传输数据，所述Rj45网线接口用于通讯连接。
5.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述警报装置包括有声音警报和光照警报，所述警报装置与所述检测模块电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述间隙检测通过在打印平台的右后方安装一压敏电阻，自动调平时通过所述打印喷头触碰压敏电阻，产生的电信号为校准基础，经过相应算法，计算出平台间隙。
7.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述散热气泵包括有三组端口，三组所述端口为一进二出，并且其中一出输送到喉管进行冷却，另一出输送到模型进行冷却。
8.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述动力设备包括有X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机。
9.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述腔体内设有三层空腔，三层所述空腔由外至内分别为隔热腔、热风腔和打印腔，其中隔热腔内部放置隔热材料，热风腔为热空气流通通道，打印腔为模型打印区。
10.根据权利要求1所述的一种精密铸造3D打印机的控制系统，其特征在于：所述控制模块上电性连接有时钟晶振电路。
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