CN112917919A - 一种基于智能云计算的3d打印加工系统 - Google Patents

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CN112917919A CN202110160205.6A CN202110160205A CN112917919A CN 112917919 A CN112917919 A CN 112917919A CN 202110160205 A CN202110160205 A CN 202110160205A CN 112917919 A CN112917919 A CN 112917919A
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Abstract

本发明提供了一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制所述材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工，所述数据处理模块采用云计算以球极坐标系的方式切割3D模型，并转换成与所述坐标系原点的距离R、经线坐标θ和纬线坐标
Figure DDA0002935171520000011
三个控制参数。本系统采用与以往的3D打印系统不同的球极坐标系进行分割处理，在控制打印时更加方便快捷且精准，能够打印更加复杂的模型。

Description

一种基于智能云计算的3D打印加工系统
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于智能云计算的3D打印加工系统。
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、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。
现在已经开发出了很多3D打印系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的系统有如公开号为KR101591572B1，KR101510137B1和KR101662501B1所公开的系统，包括基座、平台座；平台座可上下移动；平台座上方水平设置有工作平台；工作平台上方设有打印喷头；工作平台下侧的四个边角位置点上分别固定一根向下延伸的滑杆，滑杆向下穿过平台座上的主滑道；且滑杆上制有齿条，齿条啮合于平台座下方的齿轮，齿轮上方设有固定于平台座下侧的小滑道，小滑道内设有可上下自由滑动的小滑柱；小滑柱上升到最上端时，所齿轮可自由旋转，下降到最下端时，小滑柱的下端部卡住齿轮的一个齿间；滑杆、小滑柱均由软磁质构成；打印喷头内部设有电磁铁。但现有系统多采用笛卡尔垂直空间坐标系进行控制打印，在打印的效率及精准度上还有待提高。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于智能云计算的3D打印加工系统，
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
进一步的，所述数据处理模块以球极坐标系的方式切割3D模型，并将切割后的模型转换成
Figure BDA0002935171500000021
三个参数的控制数据，R为与所述坐标系原点的距离，θ为经线坐标，
Figure BDA0002935171500000022
为纬线坐标；
进一步的，所述数据处理模块的计算处理过程采用云计算；
进一步的，所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
进一步的，所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第二打印喷头连通所述第二料槽；
进一步的，所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
进一步的，所述模型支撑模块包括一竖直细杆、转台和两个弧形架，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述转台用于控制所述经线坐标θ，所述打印喷头安装于所述弧形架上，所述打印喷头能在所述弧形架上移动控制所述纬线坐标
Figure BDA0002935171500000024
，所述打印喷头上还设有径向移动组件用于控制距离R，所述转台的转动、所述打印喷头在所述弧形架的移动和径向移动组件的移动均由所述控制电路板控制；
进一步的，所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙。
本发明所取得的有益效果是：
本系统采用球极坐标系进行分割及定位打印，打印时能够同时操控R、θ、
Figure BDA0002935171500000023
三个参数，相比于一般的X-Y-Z坐标定位能节省不少的时间，同时在模型分割处理时采用了云计算，利用云计算超强的计算能力使得分割的数据更加精准，本系统还计算并设计出虚拟连接柱用于处理打印过程中会出现的悬臂现象。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为该系统模块结构示意图。
图2为3D模型分割平面示意图。
图3为控制数据的三个参数在坐标系中的图示示意图。
图4为模型壳面分割示意图。
图5为3D模型处理流程示意图。
图6为各参数的定位耗时效果示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一。
一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述数据处理模块以球极坐标系的方式切割3D模型，并将切割后的模型转换成
Figure BDA0002935171500000031
三个参数的控制数据，R为与所述坐标系原点的距离，θ为经线坐标，
Figure BDA0002935171500000032
为纬线坐标；
所述数据处理模块的计算处理过程采用云计算；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第二打印喷头连通所述第二料槽；
所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
所述模型支撑模块包括一竖直细杆、转台和两个弧形架，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述转台用于控制所述经线坐标θ，所述打印喷头安装于所述弧形架上，所述打印喷头能在所述弧形架上移动控制所述纬线坐标
Figure BDA0002935171500000041
所述打印喷头上还设有径向移动组件用于控制距离R，所述转台的转动、所述打印喷头在所述弧形架的移动和径向移动组件的移动均由所述控制电路板控制；
所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙。
实施例二。
一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述数据处理模块以球极坐标系的方式切割3D模型，并将切割后的模型转换成
Figure BDA0002935171500000042
三个参数的控制数据，R为与所述坐标系原点的距离，θ为经线坐标，
Figure BDA0002935171500000043
为纬线坐标；
所述数据处理模块的计算处理过程采用云计算；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第二打印喷头连通所述第二料槽；
所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
所述模型支撑模块包括一竖直细杆、转台和两个弧形架，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述转台用于控制所述经线坐标θ，所述打印喷头安装于所述弧形架上，所述打印喷头能在所述弧形架上移动控制所述纬线坐标
Figure BDA0002935171500000051
所述打印喷头上还设有径向移动组件用于控制距离R，所述转台的转动、所述打印喷头在所述弧形架的移动和径向移动组件的移动均由所述控制电路板控制；
所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙；
基于此设计了一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制所述材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述云计算模块通过如下步骤对所述3D模型数据进行计算处理：
S1、计算得到所述3D模型的最大内切球，记录球心位置以及内切球的半径r；
S2、以所述最大内切球的球心为原点建立球极坐标系，以所述球极坐标系为基础重新构建所述3D模型的数据；
S3、将一切割球面置于所述内切球的外表面，得到基础控制数据C(1，r)，此切割球面为第一切割面sf1；
S4、将所述切割球面的半径增大Δr得到第n切割面sfn，提取切割球面sfn与切割球面sfn-1之间的3D模型壳面；
S5、将所述3D模型壳面切割成多个Δl×Δl的小方形，计算每个小方形的中心在所述球极坐标系中的位置
Figure BDA0002935171500000052
每个小方形对应一个控制数据
Figure BDA0002935171500000053
S6、不断重复步骤S4、S5，直至整个3D模型的数据被处理完毕；
S7、获取控制数据
Figure BDA0002935171500000061
其中，i＝2，将其对应的所有小方形的连接态标记为
Figure BDA0002935171500000062
S8、将i累加1，获取控制数据
Figure BDA0002935171500000063
若存在θ相同、
Figure BDA0002935171500000064
相同的控制数据
Figure BDA0002935171500000065
则将其对应的小方形的连接状态标记为
Figure BDA0002935171500000066
否则标记为
Figure BDA0002935171500000067
S9、不断重复步骤S8，直至处理完所有控制数据；
S10、获取所有连接状态为
Figure BDA0002935171500000068
的小方形对应的控制数据
Figure BDA0002935171500000069
并搜寻θ相同、
Figure BDA00029351715000000610
相同且满足k＜j的最大k值的控制数据
Figure BDA00029351715000000611
补充虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000000612
Figure BDA00029351715000000613
若不存在θ相同、
Figure BDA00029351715000000614
相同且满足k＜j的控制数据
Figure BDA00029351715000000615
则补充虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000000616
Figure BDA00029351715000000617
S11、将所述控制数据
Figure BDA00029351715000000618
和虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000000619
中i值相同的数据打包成数据包P(i)，并将所述数据包P(i)以i值从小到大进行排序；
上述过程中的计算量较大，大部分数据包先存储在云端，并以数据包的排序顺序依次发送给所述控制数据存储单元，基础控制数据C(1，r)先于所有数据包保存在控制数据存储单元中；
其中，步骤S8中所述的θ相同、
Figure BDA00029351715000000620
相同指的是θ的误差、
Figure BDA00029351715000000621
的误差在阈值范围内，S10中出现的函数R(m)表示切割球面sfm与切割球面sfm-1之间的3D模型壳面与球极坐标系圆点之间的距离；
所述系统可以通过改变Δr、Δl的值来改变打印模型的精度以满足不同的打印要求，Δr、Δl越小精度越高，反之Δr、Δl越大精度越低。
实施例三。
一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述数据处理模块以球极坐标系的方式切割3D模型，并将切割后的模型转换成
Figure BDA0002935171500000071
三个参数的控制数据，R为与所述坐标系原点的距离，θ为经线坐标，
Figure BDA0002935171500000072
为纬线坐标；
所述数据处理模块的计算处理过程采用云计算；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第二打印喷头连通所述第二料槽；
所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
所述模型支撑模块包括一竖直细杆、转台和两个弧形架，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述转台用于控制所述经线坐标θ，所述打印喷头安装于所述弧形架上，所述打印喷头能在所述弧形架上移动控制所述纬线坐标
Figure BDA0002935171500000073
所述打印喷头上还设有径向移动组件用于控制距离R，所述转台的转动、所述打印喷头在所述弧形架的移动和径向移动组件的移动均由所述控制电路板控制；
所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙；
基于此设计了一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制所述材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述云计算模块通过如下步骤对所述3D模型数据进行计算处理：
S1、计算得到所述3D模型的最大内切球，记录球心位置以及内切球的半径r；
S2、以所述最大内切球的球心为原点建立球极坐标系，以所述球极坐标系为基础重新构建所述3D模型的数据；
S3、将一切割球面置于所述内切球的外表面，得到基础控制数据C(1，r)，此切割球面为第一切割面sf1；
S4、将所述切割球面的半径增大Δr得到第n切割面sfn，提取切割球面sfn与切割球面sfn-1之间的3D模型壳面；
S5、将所述3D模型壳面切割成多个Δl×Δl的小方形，计算每个小方形的中心在所述球极坐标系中的位置
Figure BDA0002935171500000081
每个小方形对应一个控制数据
Figure BDA0002935171500000082
S6、不断重复步骤S4、S5，直至整个3D模型的数据被处理完毕；
S7、获取控制数据
Figure BDA0002935171500000083
其中，i＝2，将其对应的所有小方形的连接态标记为
Figure BDA0002935171500000084
S8、将i累加1，获取控制数据
Figure BDA0002935171500000085
若存在θ相同、
Figure BDA0002935171500000086
相同的控制数据
Figure BDA0002935171500000087
则将其对应的小方形的连接状态标记为
Figure BDA0002935171500000088
否则标记为
Figure BDA0002935171500000089
S9、不断重复步骤S8，直至处理完所有控制数据；
S10、获取所有连接状态为
Figure BDA00029351715000000810
的小方形对应的控制数据
Figure BDA00029351715000000811
并搜寻θ相同、
Figure BDA00029351715000000812
相同且满足k＜j的最大k值的控制数据
Figure BDA00029351715000000813
补充虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000000814
Figure BDA00029351715000000815
若不存在θ相同、
Figure BDA00029351715000000816
相同且满足k＜j的控制数据
Figure BDA00029351715000000817
则补充虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000000818
Figure BDA00029351715000000819
S11、将所述控制数据
Figure BDA00029351715000000820
和虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000000821
中i值相同的数据打包成数据包P(i)，并将所述数据包P(i)以i值从小到大进行排序；
上述过程中的计算量较大，大部分数据包先存储在云端，并以数据包的排序顺序依次发送给所述控制数据存储单元，基础控制数据C(1，r)先于所有数据包保存在控制数据存储单元中；
其中，步骤S8中所述的θ相同、
Figure BDA0002935171500000091
相同指的是θ的误差、
Figure BDA0002935171500000092
的误差在阈值范围内，S10中出现的函数R(m)表示切割球面sfm与切割球面sfm-1之间的3D模型壳面与球极坐标系圆点之间的距离；
所述系统可以通过改变Δr、Δl的值来改变打印模型的精度以满足不同的打印要求，Δr、Δl越小精度越高，反之Δr、Δl越大精度越低；
所述控制数据存储单元先将所述基础控制数据发送给所述打印控制模块，再将数据包以排序顺序依次发送给所述打印控制模块；
所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第一料槽内装有用于打印3D模型的材料，所述第二打印喷头连通所述第二料槽，所述第二料槽内装有用于打印虚拟连接柱，所述虚拟连接柱用于连接打印3D模型过程中出现的悬臂，3D模型打印完成后将移除所述虚拟连接柱，所述定位控制部件将移动所述第一打印喷头和所述第二打印喷头至正确的位置进行打印，所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
所述模型支撑模块包括一竖直细杆，所述水平细杆的顶点作为3D模型内切球的圆心，所述定位控制部件依据基础控制数据C(1，r)控制所述第一打印喷头在所述水平细杆上打印出一个半径为r的球体，所述定位控制部件依据数据包P(i)中的控制数据
Figure BDA0002935171500000093
控制所述第一打印喷头移动至所述球极坐标系中的射线
Figure BDA0002935171500000094
方向进行喷射打印，所述定位控制部件依据数据包P(i)中的控制数据
Figure BDA0002935171500000095
控制所述第二打印喷头移动至所述球极坐标系中的射线
Figure BDA0002935171500000096
方向进行喷射打印，所述控制数据中的R用于校准厚度，所述打印喷头打印完一组数据包P(i)数据后其喷头的顶点与所述竖直细杆的顶点距离为R；
所述模型支撑模块包括一转台，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述竖直细杆上打印出的模型能随所述转台的转动而转动，所述打印喷头固定在所述3D模型内切球的经线方向并能沿着所述经线方向进行纬度跨度为-90°至90°的移动，所述定位控制部件将打印喷头定位至所述球极坐标系的射线
Figure BDA0002935171500000097
方向的方法为：先转动所述转台至θ角位置，再将打印喷头移动至纬度为
Figure BDA0002935171500000098
的位置；
所述模型支撑模块包括两个弧形架，所述弧形架构成一个闭合的圆，所述第一打印喷头和所述第二打印喷头安装在所述弧形架上，所述弧形架上设有导轨，所述打印喷头上设有能在各自的所述导轨上移动的连接部件，所述打印喷头在移动时始终指向所述内切球的球心，所述打印喷头上还设有径向移动组件，所述径向移动组件连接所述打印喷头和所述连接部件，所述打印喷头能在所述径向移动组件上移动调节所述打印喷头与内切球球心的距离；
所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙。
实施例四。
一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述数据处理模块以球极坐标系的方式切割3D模型，并将切割后的模型转换成
Figure BDA0002935171500000101
三个参数的控制数据，R为与所述坐标系原点的距离，θ为经线坐标，
Figure BDA0002935171500000102
为纬线坐标；
所述数据处理模块的计算处理过程采用云计算；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第二打印喷头连通所述第二料槽；
所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
所述模型支撑模块包括一竖直细杆、转台和两个弧形架，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述转台用于控制所述经线坐标θ，所述打印喷头安装于所述弧形架上，所述打印喷头能在所述弧形架上移动控制所述纬线坐标
Figure BDA0002935171500000103
所述打印喷头上还设有径向移动组件用于控制距离R，所述转台的转动、所述打印喷头在所述弧形架的移动和径向移动组件的移动均由所述控制电路板控制；
所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙；
基于此设计了一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制所述材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工；
所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元；
所述云计算模块通过如下步骤对所述3D模型数据进行计算处理：
S1、计算得到所述3D模型的最大内切球，记录球心位置以及内切球的半径r；
S2、以所述最大内切球的球心为原点建立球极坐标系，以所述球极坐标系为基础重新构建所述3D模型的数据；
S3、将一切割球面置于所述内切球的外表面，得到基础控制数据C(1，r)，此切割球面为第一切割面sf1；
S4、将所述切割球面的半径增大Δr得到第n切割面sfn，提取切割球面sfn与切割球面sfn-1之间的3D模型壳面；
S5、将所述3D模型壳面切割成多个Δl×Δl的小方形，计算每个小方形的中心在所述球极坐标系中的位置
Figure BDA0002935171500000111
每个小方形对应一个控制数据
Figure BDA0002935171500000112
S6、不断重复步骤S4、S5，直至整个3D模型的数据被处理完毕；
S7、获取控制数据
Figure BDA0002935171500000113
其中，i＝2，将其对应的所有小方形的连接态标记为
Figure BDA0002935171500000114
S8、将i累加1，获取控制数据
Figure BDA0002935171500000115
若存在θ相同、
Figure BDA0002935171500000116
相同的控制数据
Figure BDA0002935171500000117
则将其对应的小方形的连接状态标记为
Figure BDA0002935171500000118
否则标记为
Figure BDA0002935171500000119
S9、不断重复步骤S8，直至处理完所有控制数据；
S10、获取所有连接状态为
Figure BDA0002935171500000121
的小方形对应的控制数据
Figure BDA0002935171500000122
并搜寻θ相同、
Figure BDA0002935171500000123
相同且满足k＜j的最大k值的控制数据
Figure BDA0002935171500000124
补充虚拟控制数据
Figure BDA0002935171500000125
Figure BDA0002935171500000126
若不存在θ相同、
Figure BDA0002935171500000127
相同且满足k＜j的控制数据
Figure BDA0002935171500000128
则补充虚拟控制数据
Figure BDA0002935171500000129
Figure BDA00029351715000001210
S11、将所述控制数据
Figure BDA00029351715000001211
和虚拟控制数据
Figure BDA00029351715000001212
中i值相同的数据打包成数据包P(i)，并将所述数据包P(i)以i值从小到大进行排序；
上述过程中的计算量较大，大部分数据包先存储在云端，并以数据包的排序顺序依次发送给所述控制数据存储单元，基础控制数据C(1，r)先于所有数据包保存在控制数据存储单元中；
其中，步骤S8中所述的θ相同、
Figure BDA00029351715000001213
相同指的是θ的误差、
Figure BDA00029351715000001214
的误差在阈值范围内，S10中出现的函数R(m)表示切割球面sfm与切割球面sfm-1之间的3D模型壳面与球极坐标系圆点之间的距离；
所述系统可以通过改变Δr、Δl的值来改变打印模型的精度以满足不同的打印要求，Δr、Δl越小精度越高，反之Δr、Δl越大精度越低；
所述控制数据存储单元先将所述基础控制数据发送给所述打印控制模块，再将数据包以排序顺序依次发送给所述打印控制模块；
所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第一料槽内装有用于打印3D模型的材料，所述第二打印喷头连通所述第二料槽，所述第二料槽内装有用于打印虚拟连接柱，所述虚拟连接柱用于连接打印3D模型过程中出现的悬臂，3D模型打印完成后将移除所述虚拟连接柱，所述定位控制部件将移动所述第一打印喷头和所述第二打印喷头至正确的位置进行打印，所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通；
所述模型支撑模块包括一竖直细杆，所述水平细杆的顶点作为3D模型内切球的圆心，所述定位控制部件依据基础控制数据C(1，r)控制所述第一打印喷头在所述水平细杆上打印出一个半径为r的球体，所述定位控制部件依据数据包P(i)中的控制数据
Figure BDA0002935171500000131
控制所述第一打印喷头移动至所述球极坐标系中的射线
Figure BDA0002935171500000132
方向进行喷射打印，所述定位控制部件依据数据包P(i)中的控制数据
Figure BDA0002935171500000133
控制所述第二打印喷头移动至所述球极坐标系中的射线
Figure BDA0002935171500000134
方向进行喷射打印，所述控制数据中的R用于校准厚度，所述打印喷头打印完一组数据包P(i)数据后其喷头的顶点与所述竖直细杆的顶点距离为R；
所述模型支撑模块包括一转台，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述竖直细杆上打印出的模型能随所述转台的转动而转动，所述打印喷头固定在所述3D模型内切球的经线方向并能沿着所述经线方向进行纬度跨度为-90°至90°的移动，所述定位控制部件将打印喷头定位至所述球极坐标系的射线
Figure BDA0002935171500000135
方向的方法为：先转动所述转台至θ角位置，再将打印喷头移动至纬度为
Figure BDA0002935171500000136
的位置；
所述模型支撑模块包括两个弧形架，所述弧形架构成一个闭合的圆，所述第一打印喷头和所述第二打印喷头安装在所述弧形架上，所述弧形架上设有导轨，所述打印喷头上设有能在各自的所述导轨上移动的连接部件，所述打印喷头在移动时始终指向所述内切球的球心，所述打印喷头上还设有径向移动组件，所述径向移动组件连接所述打印喷头和所述连接部件，所述打印喷头能在所述径向移动组件上移动调节所述打印喷头与内切球球心的距离；
所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙；
所述打印喷头包括进料管、喷头和压电陶瓷管，所述压电陶瓷管连接设置在所述进料管和喷头之间，所述进料管与所述压电陶瓷管连接处的外壁上设有橡胶垫圈，所述进料管的下端面与所述橡胶垫圈的下端面齐平，所述喷头与所述压电陶瓷管连接处的外壁上也设有橡胶垫圈，所述喷头的上端面与所述橡胶垫圈的上上端面齐平，所述压电陶瓷管的两端设有夹紧部件用于夹紧所述橡胶垫圈使所述压电陶瓷管与所述进料管和所述喷头固定连接，所述橡胶垫圈的外侧还套有刚性垫圈，所述压电陶瓷管与所述刚性垫圈直接接触，所述压电陶瓷管还与驱动电路连接，所述驱动电路驱动压电陶瓷管产生径向变形并驱使材料从喷嘴中喷射出，所述压电陶瓷管内腔直接与所述材料接触从而激发压力波直接作用与其内腔中的材料使所述材料受压喷射出来；
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于智能云计算的3D打印加工系统，包括模型数据处理模块、打印控制模块、材料输出模块和模型支撑模块，所述模型数据处理模块将3D模型分割处理成控制数据并发送给所述打印控制模块，所述打印控制模块根据数据控制材料输出模块在所述模型支撑模块上进行3D打印加工。
2.如权利要求1所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述数据处理模块以球极坐标系的方式切割3D模型，并将切割后的模型转换成
Figure FDA0002935171490000011
三个参数的控制数据，R为与所述坐标系原点的距离，θ为经线坐标，
Figure FDA0002935171490000012
为纬线坐标。
3.如上述权利要求之一所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述数据处理模块的计算处理过程采用云计算。
4.如上述权利要求之一所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述模型数据处理模块包括输入端口、云计算模块和存储单元，所述存储单元包括模型数据存储单元和控制数据存储单元，通过所述输入端口将需要打印的3D模型数据传输至所述模型数据存储单元，所述云计算模块将所述3D模型数据进行计算处理后得到控制数据并保存至所述控制存储单元。
5.如上述权利要求之一所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述材料输出模块包括第一料槽、第二料槽、第一打印喷头、第二打印喷头和定位控制部件，所述第一打印喷头连通所述第一料槽，所述第二打印喷头连通所述第二料槽。
6.如上述权利要求之一所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述打印控制模块包括控制电路板，所述控制电路板与所述定位控制部件连通。
7.如上述权利要求之一所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述模型支撑模块包括一竖直细杆、转台和两个弧形架，所述竖直细杆固定安装于所述转台的中央，所述转台用于控制所述经线坐标θ，所述打印喷头安装于所述弧形架上，所述打印喷头能在所述弧形架上移动控制所述纬线坐标
Figure FDA0002935171490000013
所述打印喷头上还设有径向移动组件用于控制距离R，所述转台的转动、所述打印喷头在所述弧形架的移动和径向移动组件的移动均由所述控制电路板控制。
8.如上述权利要求之一所述的一种基于智能云计算的3D打印加工系统，所述打印控制模块还包括一针形打印喷管，所述针形打印喷管用于打印填充所述竖直细杆在3D模型内留下的空隙。
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