CN114311681A - 多喷头协同3d打印方法、系统及设备 - Google Patents

多喷头协同3d打印方法、系统及设备 Download PDF

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CN114311681A CN202111644575.3A CN202111644575A CN114311681A CN 114311681 A CN114311681 A CN 114311681A CN 202111644575 A CN202111644575 A CN 202111644575A CN 114311681 A CN114311681 A CN 114311681A
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Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种多喷头协同3D打印方法、系统及设备，其中多喷头协同3D打印方法包括：获取所需打印物体的3D模型；对3D模型进行分解；匹配分解后模型对应的喷头；以及通过各喷头打印对应的模型部分，实现了多个喷头的协同打印，提高了物体3D打印的速度。

Description

多喷头协同3D打印方法、系统及设备
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种多喷头协同3D打印方法、系统及设备。
背景技术
3D打印可以用于工件的成型制作，但是传统的3D打印仅采用一个喷头进行打印，效率低并且需要耗费大量的时间，无法满足大批量的生产，无法满足现代生产的需求。
因此，基于上述技术问题需要设计一种新的多喷头协同3D打印方法、系统及设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种多喷头协同3D打印方法、系统及设备。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多喷头协同3D打印方法，包括：
获取所需打印物体的3D模型；
对3D模型进行分解；
匹配分解后模型对应的喷头；以及
通过各喷头打印对应的模型部分。
进一步，所述获取所需打印物体的3D模型的方法包括：
对物体进行扫描以获取物体的3D模型。
进一步，所述对3D模型进行分解的方法包括：
沿3D模型的长度方向由高到低进行切割，并且沿3D模型的宽度方向由高到低进行切割，将模型分割为若干部分；
分割后每一部分均对应有喷头。
进一步，所述匹配分解后模型对应的喷头的方法包括：
将分割后的模型与喷头一一对应。
进一步，所述通过各喷头打印对应的模型部分的方法包括：
构建空间直角坐标系，将3D模型放置在空间直角坐标系中；
以两个切割面为切割后模型部分的边界；
对每一部分模型分别进行分层，在分层后根据空间直角坐标系获取每一层的边界轮廓，以确定对应喷头在每一层打印的运动轨迹；
在每一层打印完成后喷头沿模型高度方向移动分层的层厚，以打印下一层；
各喷头同步打印对应部分模型；
若喷头对应的模型部分与整体模型放置的平面无接触时，则根据空间直角坐标系获取该部分模型各面的坐标，以判断与该部分模型接触的其他模型的坐标，在其他喷头将该部分模型的接触面打印后，该部分模型对应的喷枪进行打印。
进一步，所述通过各喷头打印对应的模型部分的方法还包括：
获取喷枪上电子罗盘的值和陀螺仪的值，以获取喷头的角度调整值：
在时间Tx获取喷枪上电子罗盘的值LTx和陀螺仪的值TTx，以及两者融合的数据YTx；
下一个时间点Tx+1陀螺仪的角度变化为：
Δα＝TTx+1g(Tx+1-Tx)；
YTx+1＝K(YTx+Δα)+1-K)LTx
其中，K为系数；
在初始时刻T0，LT0＝YT0；
YTx+1即为喷头的角度调整值，对喷头的角度进行调整。
第二方面，本发明还提供一种多喷头协同3D打印系统，包括：
获取模块，获取所需打印物体的3D模型；
分解模块，对3D模型进行分解；
匹配模块，匹配分解后模型对应的喷头；以及
打印模块，通过各喷头打印对应的模型部分。
第三方面，本发明还提供一种协同3D打印设备，包括：
控制模块，与该控制模块电性连接的若干打印机构；
所述控制模块适于控制所述打印机构协同打印，以3D打印物体。
进一步，所述控制模块适于采用上述的多喷头协同3D打印方法控制打印机构进行打印。
进一步，所述打印机构包括：喷头、机械臂、电子罗盘和陀螺仪；
所述喷头与所述机械臂连接；
所述电子罗盘和陀螺仪设置在所述喷头上；
所述电子罗盘和陀螺仪适于检测喷头的倾斜角度；
所述控制模块适于控制所述机械臂带动所述喷头移动；
所述控制模块适于控制所述喷头进行打印；
所述控制模块适于根据电子罗盘和陀螺仪检测的喷头倾斜角度对喷头进行调整。
本发明的有益效果是，本发明通过获取所需打印物体的3D模型；对3D模型进行分解；匹配分解后模型对应的喷头；以及通过各喷头打印对应的模型部分，实现了多个喷头的协同打印，提高了物体3D打印的速度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的多喷头协同3D打印方法的流程图；
图2是本发明的多喷头协同3D打印系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图所示，本实施例提供了一种多喷头协同3D打印方法，包括：获取所需打印物体的3D模型；对3D模型进行分解；匹配分解后模型对应的喷头；以及通过各喷头打印对应的模型部分，实现了多个喷头的协同打印，提高了物体3D打印的速度。
在本实施例中，所述获取所需打印物体的3D模型的方法包括：对物体进行扫描以获取物体的3D模型；也可以采用图像识别成型的方法，例如从物体的各个角度对物体进行拍摄，以获取物体各个角度的图像；从上向下拍摄物体的图像中包含了物体完整的顶面；从下向上拍摄物体的图像中包含了物体完整的底面；从物体周侧拍摄的所有图像包含了物体完整的侧面；即设置在物体上方的摄像机的拍摄角度可以覆盖物体完整的顶面；设置在物体下方的摄像机的拍摄角度可以覆盖物体完整的底面；设置在物体周侧的若干摄像机的拍摄角度完全包括物体侧壁，并且物体周侧的摄像机中相邻位置的摄像机的拍摄角度有部分重合，以便于所有周侧的摄像机可以完整的获取物体侧壁的图像。根据数据库中存储的该物体的各个角度有效的图像判断该物体各个角度的图像是否有效；若从上向下拍摄物体的图像中包含了物体完整的顶面，则判断该图像初步有效，否则无效；若从下向上拍摄物体的图像中包含了物体完整的底面，则判断该图像初步有效，否则无效；若从物体周侧拍摄的图像中包含了该角度物体对应的侧壁部分，则判断该图像初步有效，否则无效；在数据库中存储该物体在所有摄像机拍摄的有效图像，仅需在数据库中存储物体的图像即可不再需要存储物体的模型，大大降低数据库中数据的大小，便于提高数据库的反应速度；在数据库中物体图像的存储方式可以是通过摄像机对应，即对摄像机进行编号，每个编号的摄像机存储有对应的有效图像，在需要进行对比时只需要在数据库中找到该物体在该摄像机对应的有效图像即可；当图像判断为无效时，可以单独控制对应的摄像机重新拍摄图像，直至图像判断有效为止。根据初步有效的图像以该图像对应的角度构建物体的3D模型。
在本实施例中，所述对3D模型进行分解的方法包括：沿3D模型的长度方向由高到低进行切割，并且沿3D模型的宽度方向由高到低进行切割，将模型分割为若干部分；分割后每一部分均对应有喷头；喷头排设在成型区域的两侧，将完整的模型切割后，分割后的模型与喷头一一对应；例如设置了四个喷头，通过切割将模型分为四份；可以理解为通过切割面将部分模型围在一个空间区域中，该空间区域开方面便为喷头进出的面，便于喷头在互不影响的情况下进行打印。
在本实施例中，所述匹配分解后模型对应的喷头的方法包括：将分割后的模型与喷头一一对应，确保每一部分模型均对应有喷头，也可以一个喷头对应多个分割后的模型。
在本实施例中，所述通过各喷头打印对应的模型部分的方法包括：构建空间直角坐标系，将3D模型放置在空间直角坐标系中；以两个切割面为切割后模型部分的边界；对每一部分模型分别进行分层，在分层后根据空间直角坐标系获取每一层的边界轮廓，以确定对应喷头在每一层打印的运动轨迹；在每一层打印完成后喷头沿模型高度方向移动分层的层厚，以打印下一层；各喷头同步打印对应部分模型；若喷头对应的模型部分与整体模型放置的平面无接触时，则根据空间直角坐标系获取该部分模型各面的坐标，以判断与该部分模型接触的其他模型的坐标，在其他喷头将该部分模型的接触面打印后，该部分模型对应的喷枪进行打印；通过空间直角坐标系获取每部分模型的边界，便可以确定模型的边界轮廓，也可以确定喷头移动的边界，避免在打印的过程中喷头移动至其他喷头的作业范围，发生碰撞；当3D模型中相邻部分模型的接触面在打印时可以控制对应的喷头同步打印接触面，便于打印物体成型；喷头可以在每一层打印结束后移动到初始位置再上升一层的高度以便于打印下一层；通过空间直角坐标系获取部分模型分层后每一层的轮廓和围成的范围，便于生成喷头的移动轨迹。
在本实施例中，所述通过各喷头打印对应的模型部分的方法还包括：获取喷枪上电子罗盘的值和陀螺仪的值，以获取喷头的角度调整值：在时间Tx获取喷枪上电子罗盘的值LTx和陀螺仪的值TTx，以及两者融合的数据YTx；
下一个时间点Tx+1陀螺仪的角度变化为：
Δα＝TTx+1g(Tx+1-Tx)；
YTx+1＝K(YTx+Δα)+1-K)LTx
其中，K为系数K∈[0.9,1)；
在初始时刻T0，LT0＝YT0；
YTx+1即为喷头的角度调整值，对喷头的角度进行调整；通过角度调整可以给材料额外的力使其与上一层材料紧密结合，提高打印物体的牢固性，并且调节喷头的角度减少喷头运动所需的空间；喷头角度可以在每一次回到初始位置时恢复到初始角度，每一个喷头的角度独立设置互不影响。
在本实施例中，还提供一种多喷头协同3D打印系统，包括：获取模块，获取所需打印物体的3D模型；分解模块，对3D模型进行分解；匹配模块，匹配分解后模型对应的喷头；以及打印模块，通过各喷头打印对应的模型部分；各模块的具体功能已经详细描述不再赘述。
在本实施例中，还提供一种协同3D打印设备，包括：控制模块，与该控制模块电性连接的若干打印机构；所述控制模块适于控制所述打印机构协同打印，以3D打印物体；通过多打印结构的协同打印，可以加快3D打印的效率。
在本实施例中，所述控制模块适于采用上述的多喷头协同3D打印方法控制打印机构进行打印。
在本实施例中，所述打印机构包括：喷头、机械臂、电子罗盘和陀螺仪；所述喷头与所述机械臂连接；所述电子罗盘和陀螺仪设置在所述喷头上；所述电子罗盘和陀螺仪适于检测喷头的倾斜角度；所述控制模块适于控制所述机械臂带动所述喷头移动；所述控制模块适于控制所述喷头进行打印；所述控制模块适于根据电子罗盘和陀螺仪检测的喷头倾斜角度对喷头进行调整；控制模块可以按照生成的喷头的运动轨迹控制机械臂带动喷头按照运动轨迹移动，并控制喷头进行打印。
综上所述，本发明通过获取所需打印物体的3D模型；对3D模型进行分解；匹配分解后模型对应的喷头；以及通过各喷头打印对应的模型部分，实现了多个喷头的协同打印，提高了物体3D打印的速度。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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 (10)

1.一种多喷头协同3D打印方法，其特征在于，包括：
获取所需打印物体的3D模型；
对3D模型进行分解；
匹配分解后模型对应的喷头；以及
通过各喷头打印对应的模型部分。
2.如权利要求1所述的多喷头协同3D打印方法，其特征在于，
所述获取所需打印物体的3D模型的方法包括：
对物体进行扫描以获取物体的3D模型。
3.如权利要求2所述的多喷头协同3D打印方法，其特征在于，
所述对3D模型进行分解的方法包括：
沿3D模型的长度方向由高到低进行切割，并且沿3D模型的宽度方向由高到低进行切割，将模型分割为若干部分；
分割后每一部分均对应有喷头。
4.如权利要求3所述的多喷头协同3D打印方法，其特征在于，
所述匹配分解后模型对应的喷头的方法包括：
将分割后的模型与喷头一一对应。
5.如权利要求4所述的多喷头协同3D打印方法，其特征在于，
所述通过各喷头打印对应的模型部分的方法包括：
构建空间直角坐标系，将3D模型放置在空间直角坐标系中；
以两个切割面为切割后模型部分的边界；
对每一部分模型分别进行分层，在分层后根据空间直角坐标系获取每一层的边界轮廓，以确定对应喷头在每一层打印的运动轨迹；
在每一层打印完成后喷头沿模型高度方向移动分层的层厚，以打印下一层；
各喷头同步打印对应部分模型；
若喷头对应的模型部分与整体模型放置的平面无接触时，则根据空间直角坐标系获取该部分模型各面的坐标，以判断与该部分模型接触的其他模型的坐标，在其他喷头将该部分模型的接触面打印后，该部分模型对应的喷枪进行打印。
6.如权利要求5所述的多喷头协同3D打印方法，其特征在于，
所述通过各喷头打印对应的模型部分的方法还包括：
获取喷枪上电子罗盘的值和陀螺仪的值，以获取喷头的角度调整值：
在时间Tx获取喷枪上电子罗盘的值LTx和陀螺仪的值TTx，以及两者融合的数据YTx；
下一个时间点Tx+1陀螺仪的角度变化为：
Δα＝TTx+1g(Tx+1-Tx)；
YTx+1＝K(YTx+Δα)+(1-K)LTx
其中，K为系数；
在初始时刻T0，LT0＝YT0；
YTx+1即为喷头的角度调整值，对喷头的角度进行调整。
7.一种多喷头协同3D打印系统，其特征在于，包括：
获取模块，获取所需打印物体的3D模型；
分解模块，对3D模型进行分解；
匹配模块，匹配分解后模型对应的喷头；以及
打印模块，通过各喷头打印对应的模型部分。
8.一种协同3D打印设备，其特征在于，包括：
控制模块，与该控制模块电性连接的若干打印机构；
所述控制模块适于控制所述打印机构协同打印，以3D打印物体。
9.如权利要求8所述的协同3D打印设备，其特征在于，
所述控制模块适于采用如权利要求1所述的多喷头协同3D打印方法控制打印机构进行打印。
10.如权利要求9所述的协同3D打印设备，其特征在于，
所述打印机构包括：喷头、机械臂、电子罗盘和陀螺仪；
所述喷头与所述机械臂连接；
所述电子罗盘和陀螺仪设置在所述喷头上；
所述电子罗盘和陀螺仪适于检测喷头的倾斜角度；
所述控制模块适于控制所述机械臂带动所述喷头移动；
所述控制模块适于控制所述喷头进行打印；
所述控制模块适于根据电子罗盘和陀螺仪检测的喷头倾斜角度对喷头进行调整。
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