閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3d打印機(jī)及閉環(huán)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)及閉環(huán)控制方法，屬于3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】。由于該3D打印機(jī)具有光柵模塊，其中的光柵尺固定在機(jī)框上，光柵讀取器隨著行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動，則可得到擠出噴頭的精確機(jī)械位移信息。在十字形打印行走機(jī)構(gòu)中，通過閉環(huán)控制的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對于行走機(jī)構(gòu)的精確運(yùn)動補(bǔ)償，提高擠出噴頭位置的精確度，從而大幅提高3D打印精度，能夠滿足高精度打印的技術(shù)要求，且本發(fā)明的閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其結(jié)構(gòu)相對簡單，成本低廉，本發(fā)明的控制方法，實(shí)現(xiàn)方式簡單，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛。
【專利說明】閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)及閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)及3D打印控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)及閉環(huán)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熔融沉積成型法(FDM,Fused Deposition Modeling)是一種3D打印常用的工藝。這種方法是通過XY行走機(jī)構(gòu)控制的加熱頭，按照零件三維模型每一預(yù)設(shè)厚度切片層數(shù)據(jù)的輪廓及填充軌跡，擠出熔化的絲狀材料，如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲于基板或已固化的材料上，從而使熔化的材料沉積固化，這樣逐層生成出所需要的零件。
[0003]現(xiàn)有的采用熔融沉積成型法的3D打印機(jī)，其缺點(diǎn)在于，帶動噴頭的運(yùn)動機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)或控制等關(guān)系，會產(chǎn)生一定的誤差，在應(yīng)用于高精度要求的產(chǎn)品打印時(shí)，就難以滿足相關(guān)的技術(shù)要求。
[0004]光柵電子細(xì)分技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)包括光柵尺和光柵讀取器，其工作原理是基于物理學(xué)的莫爾條紋原理，如圖1所示。當(dāng)光柵讀取器上的線紋與光柵尺上的線紋成某個(gè)很小的角度Θ時(shí)，兩個(gè)光柵上的線紋會互相交叉。在平行光的照射下，可以看到與光柵線紋垂直、明暗相間的條紋就是莫爾條紋。
[0005]圖1中，W為莫爾條紋的寬度，d為光柵的柵距，則有以下幾何關(guān)系:
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其包括: 機(jī)框； 打印行走機(jī)構(gòu)，連接于所述的機(jī)框； 打印平臺，連接于所述的打印行走機(jī)構(gòu)； 擠出噴頭，連接于所述的打印行走機(jī)構(gòu)； 驅(qū)動模塊，連接并驅(qū)動所述的打印行走機(jī)構(gòu)； 其特征在于，還包括: 光柵模塊，固定于所述的機(jī)框和打印行走機(jī)構(gòu)，用于檢測所述擠出噴頭的實(shí)際位移；以及 控制模塊，用于根據(jù)設(shè)定的打印數(shù)據(jù)控制所述的驅(qū)動模塊，并根據(jù)所述的擠出噴頭的實(shí)際位移與所述的打印數(shù)據(jù)之間的誤差進(jìn)行補(bǔ)償控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其特征在于，所述的打印行走機(jī)構(gòu)為具有相互垂直的X軸與Y軸的十字形打印行走機(jī)構(gòu)，所述的擠出噴頭固定于所述的X軸與Y軸相交的位置并可在所述的驅(qū)動模塊的控制下沿所述的X軸和Y軸移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉 環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其特征在于，所述的光柵模塊包括: X軸光柵尺，固定于所述的機(jī)框，并平行于所述的X軸； Y軸光柵尺，固定于所述的機(jī)框，并平行于所述的Y軸； X軸光柵讀取器，固定于所述的Y軸上靠近所述的X軸光柵尺的一端，并可隨所述Y軸的移動沿所述的X軸光柵尺運(yùn)動，且該X軸光柵讀取器連接所述的控制模塊，用以配合所述的X軸光柵尺讀取擠出噴頭沿X軸的位移數(shù)據(jù)；以及 Y軸光柵讀取器，固定于所述的X軸上靠近所述的Y軸光柵尺的一端，并可隨所述X軸的移動沿所述的Y軸光柵尺運(yùn)動，且該Y軸光柵讀取器連接所述的控制模塊，用以配合所述的Y軸光柵尺讀取擠出噴頭沿Y軸的位移數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其特征在于，所述的驅(qū)動模塊包括: X軸電機(jī)，連接所述的控制模塊，并在控制模塊的控制下驅(qū)動所述的擠出噴頭沿所述的X軸運(yùn)動；以及 Y軸電機(jī)，連接所述的控制模塊，并在控制模塊的控制下驅(qū)動所述的擠出噴頭沿所述的Y軸運(yùn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其特征在于，所述的控制模塊包括補(bǔ)償控制單元，所述的X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)，所述的補(bǔ)償控制單元根據(jù)下式確定所述的X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)補(bǔ)償后的步數(shù)N’: ΛΤΙ S (Μ -m)d ," 、S (m-M)d , N = —1--, (M > in)或 N — —1--, {in > λ4); P P一 P P 其中，S為擠出噴頭需要移動的距離，P為步進(jìn)電機(jī)每一步驅(qū)動擠出噴頭移動的距離；d為所述的光柵模塊的柵距；M為根據(jù)打印數(shù)據(jù)擠出噴頭移動距離S所需走過的柵數(shù)，m為擠出噴頭實(shí)際所需移動的柵數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其特征在于，所述的打印行走機(jī)構(gòu)為雙十字形打印行走機(jī)構(gòu)，該雙十字形打印行走機(jī)構(gòu)包括兩根平行的X軸和兩根平行的Y軸，所述的X軸與Y軸垂直，所述的擠出噴頭固定于所述的兩根X軸與兩根Y軸相交的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的閉環(huán)控制熔融沉積成型高速3D打印機(jī)，其特征在于，所述的打印行走機(jī)構(gòu)還包括Z軸，所述的Z軸固定于所述的機(jī)框并垂直于所述的X軸和Y軸，所述的打印平臺連接于所述的Z軸，并可沿所述的Z軸垂直運(yùn)動。
8.一種利用權(quán)利要求1所述的熔融沉積成型高速3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)對于打印行走機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)所述的驅(qū)動模塊根據(jù)打印數(shù)據(jù)控制所述的打印行走機(jī)構(gòu)移動； (2)所述的光柵模塊檢測所述的擠出噴頭的實(shí)際位移； (3)所述的控制模塊將所述的實(shí)際位移和打印數(shù)據(jù)比較，確定誤差； (4)所述的控制模塊根據(jù)所述的誤差控制所述的驅(qū)動模塊進(jìn)行補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用熔融沉積成型高速3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)對于打印行走機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制方法，其特征在于，所述的打印行走機(jī)構(gòu)為具有相互垂直的X軸與Y軸的十字形打印行走機(jī)構(gòu)，所述的驅(qū)動模塊包括X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)，所述的控制模塊包括補(bǔ)償控制單元，所述的步驟(4)具體包括以下步驟: (41)所述的補(bǔ)償控制單元根據(jù)下式確定所述的X軸步進(jìn)電機(jī)或Y軸步進(jìn)電機(jī)補(bǔ)償后的步數(shù)N’:
【文檔編號】B29C67/00GK103878981SQ201410122566
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】劉海川, 袁振國, 林進(jìn)發(fā), 季明, 宋建勇 申請人:磐紋科技（上海）有限公司