CN211467489U - 一种fdm型3d打印机的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种FDM型3D打印机的控制系统，包括热源温度传感器、喷嘴温度传感器和控制器，所述热源温度传感器和喷嘴温度传感器均与控制器通讯连接，控制器还分别与FDM型3D打印机的进料机构、挤出机构的热源通讯连接，该FDM型3D打印机的控制系统，一方面，时时调整热源产生的热量，使喷嘴的温度恒定在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，另一方面，时时调整进料机构的运行速度，以便料丝于挤出机构内具有较长的熔融时间，料丝充分熔融后挤出，其有效避免了料丝处于未完全熔融状态而挤出时，对料丝、打印机及打印物体造成的伤害。
Description
技术领域
本实用新型涉及3D打印设备领域，特别是一种FDM型3D打印机的控制系统。
背景技术
区别于传统模具成型技术，3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，按照程序将成型材料逐层堆叠成物体的快速成型技术。熔融沉积成型技术（FDM技术）作为3D打印技术的一种，主要是通过移动的打印头将热塑性丝状材料（以下统称为料丝）高温熔融并挤出，挤出的熔融状材料失温凝固粘结成固态，在逐层堆叠后，最终形成一个具有稳定形状的实物。
FDM型3D打印机，如中国专利申请号201711402937.1公开的专利文件中所述，包括打印头以及驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的三轴移动机构，打印头由进料机构和挤出机构组成，其中，进料机构如中国专利申请号201810841882.2公开的专利文件中所述，包括安装于基座上的驱动轮以及与驱动轮配合进料的压紧轮；挤出机构如中国专利申请号201510179258.7公开的专利文件中所述，包括其内设有热源的加热块，加热块上开设有通孔，通孔内同轴设置有轴向连接导通的喉管和喷嘴，加热块上还安装有一温度传感器。工作时，FDM型3D打印机的三轴移动机构驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的同时，料丝穿过并夹持于打印头的进料机构的驱动轮和压紧轮间，驱动轮旋转，驱动轮与料丝间的摩擦力使料丝前进，为挤出机构供料，料丝到达挤出机构后，由挤出机构的喉管依次进入喷嘴，加热块内的热源产生的热量，由热源依次传导至加热块、喉管/喷嘴以及喉管和喷嘴内的料丝，使料丝在喉管和喷嘴内受热熔融，熔融后的料丝由喷嘴挤压出，挤出过程中加热块上的温度传感器，时时检测加热块的温度，用以恒温控制中。该FDM型3D打印机，打印头挤出机构的加热块的温度与喷嘴出口处料丝温度不同，存在温度差，打印速度较慢时，因打印头挤出机构的喷嘴内料丝具有较长时间吸收热量，喷嘴出口处料丝与加热块间的温差较小，挤出机构内仅设置一温度传感器用于恒温控制中，是可行的，但高速打印中，因料丝吸热时间短，打印头挤出机构的喷嘴出口处料丝与加热块间的温差较大，仅用一设于加热块内的温度传感器，并不能真实反应喷嘴出口处料丝的温度，难以真正实现恒温控制，易发生加热块的温度较高而喷嘴出口处温度却无法让料丝熔融的情况；且单个温度传感器，因无法测量出喷嘴出口处料丝与加热块内热源间的温差，而无法估计料丝的吸热性能，导致其无法根据料丝的吸热性能，自动调节料丝运行速度，然而对于不同材料的料丝，吸热性能如比热容参数不同，打印材料最大可正常运作的速度不同，具有差异，试验表明，高速下不同材料的料丝最大可正常运作速度的差值可达到两倍以上，不同材料打印时，高速下进料机构中驱动轮的运转速度超过打印材料最大可正常运作的速度，就会造成驱动轮与料丝间打滑，进而造成料丝变形，甚至断裂，打印失败，甚至导致打印机损伤。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种FDM型3D打印机的控制系统。
为实现本实用新型的目的，现详细说明其技术方案：一种FDM型3D打印机的控制系统，应用于FDM型3D打印机中，FDM型3D打印机包括打印头和用于驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的三轴移动机构，打印头包括进料机构以及位于进料机构下方的挤出机构，挤出机构包括热源和喷嘴，打印头的进料机构用以传动料丝、将料丝送入挤出机构内，打印头的挤出机构用以对其内的料丝进行加热并通过喷嘴挤出，其特征在于：所述FDM型3D打印机的控制系统，包括热源温度传感器、喷嘴温度传感器和控制器，所述热源温度传感器和喷嘴温度传感器均与控制器通讯连接，控制器还分别与FDM型3D打印机的三轴移动机构、进料机构、挤出机构的热源通讯连接，其中，
热源温度传感器用于时时感应挤出机构的热源的温度，并将感应到的热源的温度信号传送给控制器；
喷嘴温度传感器用于时时感应挤出机构的喷嘴的温度，并将感应到的挤出机构的喷嘴的温度信号传送给控制器；
控制器用于接收热源温度传感器发送来的热源的温度信号和喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号；及，根据喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号，判断喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号是否在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，如果喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号高出预设的喷嘴的温度值的允许范围，发送控制信号给挤出机构的热源，使热源减小产热，同时控制进料机构和三轴移动机构按各自预设的运行速度值同步运行，如果喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号低于预设的喷嘴的温度值的允许范围，发送各控制信号给进料机构、三轴移动机构和热源，使进料机构和三轴移动机构同步减速，同时，使热源产生更大的热量，当喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，控制热源按当前产热量进行产热，控制进料机构和三轴移动机构按各自预设的运行速度值同步运行；及，根据热源和喷嘴的温度差，计算料丝的吸热性能参数，并将料丝的吸热性能参数送至显示设备以显示出。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，通过喷嘴温度传感器时时感应挤出机构的喷嘴的温度，并将感应到的喷嘴的温度送给控制器，控制器根据喷嘴温度传感器送来的实真的准确的喷嘴的温度信号，一方面，时时调整热源产生的热量，使喷嘴的温度恒定在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，另一方面，时时调整进料机构和三轴移动机构的运行速度，特别是喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号低于预设的喷嘴的温度值的允许范围时，发送各控制信号给进料机构和三轴移动机构，使进料机构和三轴移动机构按较小的一档速度值同步运行，进而以便料丝于挤出机构内具有较长的熔融时间，料丝充分熔融后挤出，其有效避免了料丝处于未完全熔融状态而挤出时产生的阻力，对料丝、打印机及打印物体造成的伤害。且，通过热源温度传感器的设置，时时感应挤出机构的热源的温度，并将感应到的挤出机构的热源的温度信号发送给控制器，控制器根据热源温度传感器发送来的挤出机构的热源的温度信号与喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号间的差值，即热源和喷嘴间的温度差，判断计算料丝的吸热性能参数，并将料丝的吸热性能参数送至显示设备以显示出，以便操作人员对料丝的吸热性能有所掌握，并根据掌握的料丝的吸热性能，对料丝预设的运行速度值及时调整，使料丝按较佳运行速度进行打印。
附图说明
图1是本实用新型FDM型3D打印机的控制系统的功能结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型FDM型3D打印机的控制系统的具体实施方式作详细的说明：
如图1所示，一种FDM型3D打印机的控制系统，应用于FDM型3D打印机中，FDM型3D打印机包括打印头和用于驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的三轴移动机构，打印头包括进料机构以及位于进料机构下方的挤出机构，挤出机构包括热源和喷嘴，打印头的进料机构用以传动料丝、将料丝送入挤出机构内，打印头的挤出机构用以对其内的料丝进行加热并通过喷嘴挤出，所述FDM型3D打印机的控制系统，包括热源温度传感器1、喷嘴温度传感器2和控制器3，所述热源温度传感器1和喷嘴温度传感器2均与控制器3通讯连接，控制器3还分别与FDM型3D打印机的的三轴移动机构30、进料机构10、挤出机构的热源20通讯连接，其中，
热源温度传感器1用于时时感应挤出机构的热源20的温度，并将感应到的热源20的温度信号传送给控制器3；
喷嘴温度传感器2用于时时感应挤出机构的喷嘴的温度，并将感应到的挤出机构的喷嘴的温度信号传送给控制器3；
控制器3用于接收热源温度传感器1发送来的热源20的温度信号和喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号；及，根据喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号，判断喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号是否在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，如果喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号高出预设的喷嘴的温度值的允许范围，发送控制信号给挤出机构的热源20，使热源20减小产热，同时控制进料机构10和三轴移动机构30按各自预设的运行速度值同步运行，如果喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号低于预设的喷嘴的温度值的允许范围，发送各控制信号给进料机构10、三轴移动机构30和热源20，使进料机构10和三轴移动机构30同步减速，同时，使热源20产生更大的热量，当喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，控制热源20按当前产热量进行产热，控制进料机构10和三轴移动机构30按各自预设的运行速度值同步运行；及，根据热源20和喷嘴的温度差，计算料丝的吸热性能参数，并将料丝的吸热性能参数送至显示设备以显示出。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，所应用的FDM型3D打印机，包括了打印头以及驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的三轴移动机构，其中，三轴移动机构的具体结构可如中国专利申请号201711402937.1公开的专利文件或中国专利申请号201410081889.0公开的专利文件所述，但不局限于上述两种，还可以是其他任何应用于FDM型3D打印机中用以驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的移动机构；打印头包括了进料机构以及位于进料机构下方的挤出机构，进料机构由安装于基座上的驱动轮以及与驱动轮配合进料的压紧轮构成，具体地，可以是中国专利申请号201810841882.2公开的专利文件中所述的结构，也可以是中国专利申请号201611149770.8公开的专利文件中所述的结构，还可以是其他任何由驱动轮与压紧轮配合对料丝进行进料的结构；挤出机构包括为挤出机构提供热量的热源和控制料丝喷量的喷嘴，具体地，可以是中国专利申请号201510179258.7公开的专利文件中所述的结构，也可以是中国专利申请号201520207867.4公开的专利文件中所述的结构，还可以是其他任何包括热源和喷嘴、用以对内的料丝进行加热并通过喷嘴挤出的结构。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，通过喷嘴温度传感器2时时感应挤出机构的喷嘴的温度，并将感应到的喷嘴的温度送给控制器3，控制器3根据喷嘴温度传感器2送来的实真的准确的喷嘴的温度信号，一方面，时时调整热源20产生的热量，使喷嘴的温度恒定在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，另一方面，时时调整进料机构10和三轴移动机构30的运行速度，特别是喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号低于预设的喷嘴的温度值的允许范围时，发送各控制信号给进料机构10和三轴移动机构30，使进料机构10和三轴移动机构30按较小的一档速度值同步运行，进而以便料丝于挤出机构内具有较长的熔融时间，料丝充分熔融后挤出，其有效避免了料丝处于未完全熔融状态而挤出时产生的阻力，对料丝、打印机及打印物体造成的伤害。且，通过热源温度传感器1的设置，时时感应挤出机构的热源20的温度，并将感应到的挤出机构的热源20的温度信号发送给控制器3，控制器3根据热源温度传感器1发送来的挤出机构的热源20的温度信号与喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号间的差值，即热源20和喷嘴间的温度差，判断计算料丝的吸热性能参数，并将料丝的吸热性能参数送至显示设备以显示出，以便操作人员对料丝的吸热性能有所掌握，并根据掌握的料丝的吸热性能，对料丝预设的运行速度值及时调整，使料丝按较佳运行速度进行打印。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，控制器3还可将热源温度传感器1发送来的热源20的温度信号、喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号、以及热源20和喷嘴的温度差送至显示设备以显示出。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，控制器3通常与显示设置4连接，控制器3可将各种数据如料丝的吸热性能参数、热源温度传感器1发送来的热源20的温度信号、喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号、以及热源20和喷嘴的温度差送至显示设备34进行显示。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，还可设置对挤出机构其他位置上的温度进行感应的温度传感器，控制器3可根据不只热源温度传感器1发送来的挤出机构的热源20的温度信号和喷嘴温度传感器2发送来的喷嘴的温度信号来进行控制运算。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，热源温度传感器1和喷嘴温度传感器2实质均为温度传感器，只是它们的检测的对象不同，热源温度传感器1检测的是打印机挤出机构的热源的温度，喷嘴温度传感器2检测的是打印机挤出机构的喷嘴的温度。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，热源温度传感器1和喷嘴温度传感器2于打印机挤出机构中的安装位置不定，可以是安装在加热块上或机架上以及喷嘴上，其能感应打印机挤出机构的热源的温度、打印机挤出机构的喷嘴的温度即可。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，控制器3还与其它机构如电源管理等子系统通讯连接。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，控制器3为任何可以执行预先安排程序动作的一切设备、装置或电路板，包括但不局限于FPGA、ASIC等，还可以是其上具备有可以容纳微代码、软件、程序运行的处理器的主板，其中，处理器可以是8位、16位或32位的单片机或微处理器芯片。
本实用新型FDM型3D打印机的控制系统，所涉及的FDM型3D打印机不局限于背景技术和说明书中所记载的结构，在其他不同于背景技术和说明书中所记载的FDM型3D打印机上，仍可适用。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种FDM型3D打印机的控制系统，应用于FDM型3D打印机中，FDM型3D打印机包括打印头和用于驱动打印头沿XYZ轴三轴移动的三轴移动机构，打印头包括进料机构以及位于进料机构下方的挤出机构，挤出机构包括热源和喷嘴，打印头的进料机构用以传动料丝、将料丝送入挤出机构内，打印头的挤出机构用以对其内的料丝进行加热并通过喷嘴挤出，其特征在于：所述FDM型3D打印机的控制系统，包括热源温度传感器、喷嘴温度传感器和控制器，所述热源温度传感器和喷嘴温度传感器均与控制器通讯连接，控制器还分别与FDM型3D打印机的三轴移动机构、进料机构、挤出机构的热源通讯连接，其中，
热源温度传感器用于时时感应挤出机构的热源的温度，并将感应到的热源的温度信号传送给控制器；
喷嘴温度传感器用于时时感应挤出机构的喷嘴的温度，并将感应到的挤出机构的喷嘴的温度信号传送给控制器；
控制器用于接收热源温度传感器发送来的热源的温度信号和喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号；及，根据喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号，判断喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号是否在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，如果喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号高出预设的喷嘴的温度值的允许范围，发送控制信号给挤出机构的热源，使热源减小产热，同时控制进料机构和三轴移动机构按各自预设的运行速度值同步运行，如果喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号低于预设的喷嘴的温度值的允许范围，发送各控制信号给进料机构、三轴移动机构和热源，使进料机构和三轴移动机构同步减速，同时，使热源产生更大的热量，如果喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号在预设的喷嘴的温度值的允许范围内，控制热源按当前产热量进行产热，控制进料机构和三轴移动机构按各自预设的运行速度值同步运行；及，根据热源和喷嘴的温度差，计算料丝的吸热性能参数，并将料丝的吸热性能参数送至显示设备以显示出。
2.根据权利要求1所述的FDM型3D打印机的控制系统，其特征在于：控制器将热源温度传感器发送来的热源的温度信号、喷嘴温度传感器发送来的喷嘴的温度信号、以及热源和喷嘴的温度差送至显示设备以显示出。
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| CN201921754165.2U CN211467489U (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 一种fdm型3d打印机的控制系统 |
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| CN201921754165.2U CN211467489U (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 一种fdm型3d打印机的控制系统 |
Publications (1)
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| CN201921754165.2U Active CN211467489U (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 一种fdm型3d打印机的控制系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211467489U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113085166A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 华中科技大学 | 一种环状夹心喷嘴、4d打印系统、方法及其产品 |
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2019
- 2019-10-18 CN CN201921754165.2U patent/CN211467489U/zh active Active
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| CN113085166A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 华中科技大学 | 一种环状夹心喷嘴、4d打印系统、方法及其产品 |
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