CN203919740U - 一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置,包括：三维打印机、三维打印耗材安装部件、RFID芯片、接口装置；本实用新型的优点是有效地防止了伪造并使用户在耗材最优化状态下打印模型；进一步提高了打印质量并实现了一些有用的辅助功能。

Description

一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置

技术领域

本实用新型涉及一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置,属于三维打印耗材的识别和参数的存储、量化和使用技术领域。

背景技术

目前，传统的熔丝堆积成型(Fused Deposition Modeling FDM)三维打印机，又叫热熔挤出式三维打印机，特别是桌面型的熔挤出式三维打印机，因为造价低廉，三维打印耗材易得，其应用也越来越广，国内外有越来越多的厂家提供熔丝堆积成型式三维打印机和相应的三维打印耗材。该专利主要围绕FDM类三维打印机进行说明。

根据检索相关的传统的现有技术，熔丝堆积式三维打印机的三维打印耗材通常以塑料丝的形式，通过卷轴载体提供。打印机将这种塑料丝通过驱动电机推入打印挤出头的加热器熔化，然后由打印挤出头的喷嘴挤出形成细丝，该细丝离开喷嘴后会冷却固化，这个喷嘴在计算机控制的电机下，在X，Y平面做二维运动，并在打印底板上，距离一定高度，使得细丝可以从喷嘴挤出，并附着在底板上，按照预先设计的形状运动，构造出第一层实体形状。然后，喷嘴在计算机控制下相对底板做垂直Z方向的位移，并在第一层的基础上构造出第二层乃至后续多层的三维实体，最终完成通过熔化的塑料细丝构造出三维实体的打印件。

随着Stratasys的熔丝堆积成型(FDM)三维打印技术的专利失效，近几年涌现了一批低成本的桌面型FDM三维打印机。这些FDM三维打印机虽然成本低，但是在实际应用中有一系列的操作和设置问题。其中关键的一部分就是三维打印耗材参数的设置，这些参数简单地说主要是：熔化三维打印耗材的温度、细丝挤出的速度以及细丝被挤出后的冷却速度。这几个参数对最终打印成品的成形，精度，外观起着非常关键的作用。

熔丝堆积成型式桌面三维打印机使用的三维打印耗材通常是正圆的塑料丝，常用的直径规格有3mm和1.75mm。其材料主要为ABS塑料或者PLA塑料。PLA塑料熔化后的流动性比ABS塑料熔化后的流动性比要差，更加粘稠，更难打印出理想的三维实体，所以如何配置好三维打印机的工作状态对于用基于PLA的三维打印耗材打印更为重要。这里三维打印机的工作状态指三维打印机的打印温度、打印速度和冷却速度，

熔化三维打印耗材的温度是打印挤出头的加热器温度，简称打印温度，这个温度实际上是一个不规范的加热器温度，一方面不同三维打印机的挤出头的温度传感器安装位置不同，使得加热器内部的实际温度与温度传感器测量的温度存在温差；另一方面加热器形状和制做加热器的材料不同，导致即便加热器内部某些位置的温度相同，实际加热熔化的效果也不同，所以，这个打印温度对于不同的打印机可能有不同的实际效果，它更准确说是表示在同一台打印机或者同型号打印机上挤出头的加热程度。塑料是一种玻璃体，它没有明确的熔点，而是在一定的温度范围内呈现可流动的状态，挤出头加热温度的设置会影响到细丝由喷嘴挤出后的流动性，通常打印温度越高，细丝流动性越好。这个流动性对于三维打印的影响主要在四个方面：第一方面，是底层到打印底板的附着性，较高的打印温度能够使打印的第一层能够更加牢固地附着在打印底板上，从而为后续多层的打印提供精确稳定的打印基础；第二方面是打印层间的结合牢固程度；第三方面是打印头在不同打印区域间运动时拉丝的程度，温度过高，流动性太好，会使得打印头从一个打印区域移动到另一个打印区域时(比如，打印人像时的两条腿)，打印头仍然有少量塑料细丝流出，从而在打印头运动的轨迹上拉出一条不必要的较细的丝，影响打印精度和打印实体的外观；第四方面是在有伸出或桥接时，也就是打印细丝下方悬空或者部分悬空时，打印细丝形状的保持程度，打印温度低，打印细丝容易凝固，形状保持的就会好些，表现是悬空部分向下塌陷的程度较小。温度对于以上方面的作用不是唯一的，细丝挤出的速度和细丝的冷却速度也会影响到这些效果。

细丝挤出的速度，又叫打印速度，是指打印头(若非明确区分，打印头泛指打印挤出头的加热器和打印挤出头的喷嘴总成)相对底板水平运动的速度。桌面级三维打印机的打印速度通常在5mm/s至80mm/s，有个别机型可以达到100mm/s以上。其他设置不变的情况下，打印速度快时显然需要更快的细丝挤出速度，也就需要更快地将三维打印耗材熔化。而且，不同打印速度，三维打印耗材在加热器停留时间不同，熔化的效果不同，挤出细丝的特性(如流动性)也会不一样。这样在其他相同条件下，例如打印温度，不同的打印速度会影响到打印出的三维打印件的实际效果。另外，为达到稳定的细丝挤出速度，三维打印耗材本身的尺寸精度也很重要。三维打印耗材的尺寸精度就是三维打印耗材实际的直径。举例来说，对已1.75mm直径规格的三维打印耗材，通常其直径误差要优于+/-0.05mm。三维打印耗材直径过细，在理论驱动速度下，挤出的细丝量就少，会使打印件空隙增加，降低打印质量甚至不能成型；直径过粗，挤出细丝过多，打印材料外溢，同样影响打印质量，还会使打印头内部压强过高，影响使用寿命。

在三维打印过程中，熔化的细丝离开打印头喷嘴后，希望能尽快凝固，有利于保持三维物体的形状。但是，细丝也不能凝固的太快，太快会影响打印层间的结合牢固程度。而且，凝固速度也会影响到表面粗糙程度、打印件的内应力以及因为该内应力导致的打印件形变。这样打印悬空部分时，往往希望细丝能尽快冷却，可以更好地保持形状；而打印正常结构时，冷却速度通常可以放缓，来获得更好的强度和表面质量。细丝的冷却一般通过在打印头旁边安装微型风扇，风扇通风的强度直接影响细丝的冷却速度。所以，通常将冷却风扇的通风强度定义为冷却速度。

由此可见，如果要取得良好的三维打印效果，需要至少打印温度、打印速度和冷却速度这三方面参数的优化配置。同一类型的三维打印耗材，也就是基本材料相同的三维打印耗材，因为原料厂家的多样化，还有添加剂成分的差异，其特性会有很大差别。目前的做法是操作人员通过经验和试验，针对使用的打印机和三维打印耗材来优化和手工调整这些参数。即便打印机的特性，如打印温度以及三维打印耗材驱动精度可以进行标准化的整定；更换了三维打印耗材或者采购不同三维打印耗材后，使用者可能仍然面对一系列的调整，其相对难易程度取决于用户的个体差异。

为保证三维打印的质量，用户需要优质的三维打印耗材，而实际市场又是鱼龙混杂，假冒品牌，以次充好已经不是新鲜事。用劣质三维打印耗材不仅降低打印性能，甚至会损坏三维打印机。为保障用户的权益和设备厂家的利益需要能够对三维打印耗材进行标识。

另外，三维打印耗材使用信息，例如第一次使用，也就是开封时间，剩余三维打印耗材数量，能够帮助用户更好地管理三维打印耗材。三维打印耗材的生产信息会有利于在出现质量问题时，厂家追溯根源，改进质量。

目前的熔丝堆积成型式桌面三维打印机所使用的三维打印耗材基本上是将一定直径的塑料丝绕在卷轴上，分成0.5kg至2kg的包装。因为塑料丝耗材及其卷轴为整体使用(也就是说通常不会将塑料丝部分取下单独使用)，该专利中，除非特别说明，将他们统称为三维打印耗材，以简化说明过程。这些三维打印耗材没有自身携带标识和特性的电子信息，更缺乏一套机制让三维打印能够自动识别并利用这些参数。

射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID是一类技术和产品的通称，其中标签通常以半导体芯片加天线的形式实现，该专利中将这种实现方式通称RFID芯片，而不特别区分芯片本身还是相连的天线。RFID存储卡是RFID芯片的一种常见的类型，也就是RFID芯片的一种实现形式。本专利中，数据指数字化存储的内容，特别是RFID芯片上存储的内容；信息是有特定含义的数据；参数是信息的一种。

随着破解技术的提高，有的RFID芯片自身的加密功能已经被破解，简单利用RFID芯片对三维打印耗材进行标识的方法已经不再可靠。例如，飞利浦公司的MIFARE RFID存储卡就已经有公开的破解方法。用RFID来实现可靠的三维打印耗材识别和防伪需要额外的保护技术。根据对目前现有技术进行相关检索的结果显示，目前的现有技术还没有公开如何将三维打印耗材的打印特性参数化并存入RFID芯片以便三维打印机在打印时根据三维打印耗材的打印参数调整实际打印的工作状态，即三维打印机的打印温度、打印速度和冷却速度，从而获得更好的打印效果的相关技术特征，这也是本实用新型所要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的三维打印耗材的射频识别及参数配置装置。

本实用新型的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置包括：三维打印机、三维打印耗材安装部件、RFID芯片、接口装置。

所述三维打印耗材安装部件用于将三维打印耗材挂在三维打印机上，所述三维打印耗材通过该三维打印耗材安装部件安装在三维打印机上，所述RFID芯片固定在三维打印耗材工作时的靠近三维打印机一面；对应RFID芯片的有接口装置，当RFID芯片处于接口装置的工作范围内时，所述三维打印机可以通过接口装置访问安装在三维打印耗材上的RFID芯片上存储的数据，所述接口装置的工作距离和安装位置可以进一步优化同时RFID芯片的安装位置也可以进行调整，使得只有当三维打印耗材安装在三维打印机上时，RFID芯片才会处于接口装置的工作范围内。

所述三维打印耗材安装部件为挂钩。

本实用新型的优点是：1.有效地防止了伪造，保护了厂家和用户的合法权益；2.能够使用户在三维打印耗材最优化状态下打印模型；3.进一步提高了打印质量并实现了一些有用的辅助功能。

附图说明

图1是本实用新型的带有RFID芯片的三维打印耗材和具备相应接口装置的三维打印机示意图；

图2是本实用新型的安装有RFID芯片的三维打印耗材示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。

图1是本实用新型的带有RFID芯片的三维打印耗材和具备相应接口装置的三维打印机示意图。三维打印耗材11为示意清晰而绘制为透明，三维打印耗材安装部件15用于将三维打印耗材挂在三维打印机12上，三维打印耗材11通过三维打印耗材安装部件15安装在三维打印机12上，RFID芯片13固定在三维打印耗材11工作时的靠三维打印机12的一面；对应RFID芯片13的是接口装置14，当RFID芯片13处于接口装置14的工作范围内时，所述三维打印机12可以通过接口装置14访问安装在三维打印耗材上的RFID芯片13上存储的数据，所述安装在三维打印耗材上的RFID芯片13上存储的数据包括但不局限于：复合标识数据、三维打印耗材的打印参数以及三维打印耗材的辅助参数等，从而实现三维打印耗材标识和参数调用等功能，接口装置14的工作距离和安装位置可以进一步优化，同时RFID芯片13的安装位置也可以进行调整，使得只有当三维打印耗材安装在三维打印机12上时，RFID芯片13才会处于接口装置14的工作范围内。

图2是本实用新型的安装有RFID的三维打印耗材示意图，包括三维打印耗材11、作为三维打印耗材安装部件的三维打印耗材安装部件15、RFID芯片13，三维打印耗材安装部件15用于将三维打印耗材安装在三维打印机12上，RFID芯片13固定在三维打印耗材11工作时的靠三维打印机12的一面。

所述三维打印耗材安装部件15是挂钩。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置，其特征在于，包括：三维打印机、三维打印耗材安装部件、RFID芯片、接口装置；

所述三维打印耗材通过三维打印耗材安装部件安装在三维打印机上，所述RFID芯片固定在三维打印耗材工作时的靠三维打印机一面；对应RFID芯片的有接口装置，接口装置的工作距离和安装位置以及RFID芯片的安装位置能够进行调整，以使得只有当三维打印耗材安装在三维打印机上时，RFID芯片才会处于接口装置的工作范围内。

2.根据权利要求1所述的三维打印耗材的射频识别及参数配置装置，其特征在于，所述三维打印耗材安装部件为挂钩。