本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種控制終端與3D打印機(jī)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

3D打印機(jī)(3D Printers)是一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品，如今3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開(kāi)始廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)，數(shù)碼產(chǎn)品開(kāi)模等，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品到市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，3D打印機(jī)已逐漸進(jìn)入人們視野，雖然現(xiàn)階段并沒(méi)有被普遍應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，但是毋庸置疑的是該技術(shù)以其獨(dú)到之處正在不斷成熟，并且應(yīng)用也愈加廣泛。

目前的3D打印機(jī)因?yàn)橹饕饔糜诠I(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因此在普通日常生活中并沒(méi)有被普遍使用，這使整個(gè)3D打印機(jī)應(yīng)用范圍非常狹窄，在發(fā)展方向上遇到瓶頸；同時(shí)3D打印機(jī)目前并沒(méi)有并廣泛應(yīng)用進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，只是單獨(dú)與電腦連接，接受電腦命令后打印，缺少利用手機(jī)進(jìn)行移動(dòng)控制的3D打印系統(tǒng)，而且，現(xiàn)有的3D打印采用單光束激光聚焦為光源，打印的速度和分辨率都受制于聚焦光斑的尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供Android的智能手機(jī)與3D打印機(jī)交互的系統(tǒng)，以解決3D打印技術(shù)沒(méi)有融合進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)以及現(xiàn)有3D打印速度和分辨率都受制于聚焦光斑的寸的技術(shù)問(wèn)題，還能夠適用于家庭，并具有曝光場(chǎng)面積大、效率高、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

Android的智能手機(jī)與3D打印機(jī)交互的系統(tǒng)，包括

圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊，用于3D掃描待打印的物體，生成物理模型分層，并傳送到下一級(jí)；

激光器，用于輸出單束激光；

分光系統(tǒng)，用于將激光器輸出的單數(shù)激光分成多束相干光，形成周期性的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)圖案(即干涉結(jié)構(gòu)圖案)；

Android智能手機(jī)，用于接收已生成物理模型分層的3D掃描數(shù)據(jù)并傳送到下一級(jí)、設(shè)置和修正分光系統(tǒng)的參數(shù)以及發(fā)出控制命令；

CCD顯微成像系統(tǒng)，用于接收Android智能手機(jī)傳送來(lái)的3D掃描數(shù)據(jù)，模擬3D納米圖案結(jié)構(gòu)成型物理模型，檢測(cè)相干光形成的干涉結(jié)構(gòu)圖案并反饋到Android智能手機(jī)；

云服務(wù)端，用于存儲(chǔ)3D打印軟件、待打印物品的3D模型圖、對(duì)3D模型圖進(jìn)行解析，以及與3D打印機(jī)進(jìn)行信息交互；

3D打印機(jī)，用于接收Android智能手機(jī)的控制命令，進(jìn)行3D打印。

進(jìn)一步的，相干光束數(shù)量為2-6束。

進(jìn)一步的，分光系統(tǒng)設(shè)定各路相干光束入射角為0°-90°，空間角0°－360°。

進(jìn)一步的，3D打印機(jī)內(nèi)設(shè)置有打印材料，所述多束相干光在干涉場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)弱調(diào)制的光強(qiáng)度分布，用調(diào)制后重新分布的光強(qiáng)分布作為3D打印光源，在CCD顯微成像系統(tǒng)或打印材料的表面上形成周期性的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)圖案。

進(jìn)一步的，Android智能手機(jī)設(shè)置分光系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，干涉光場(chǎng)強(qiáng)度分布周期達(dá)到打印納米圖案尺寸要求，圖案周期50-5000nm，微納復(fù)合結(jié)構(gòu)圖案為線柵、點(diǎn)陣或多圖形組合，圖形占空比1：1-1：10。

進(jìn)一步的，Android智能手機(jī)對(duì)分光系統(tǒng)的參數(shù)修正，由CCD顯微成像系統(tǒng)檢測(cè)相干光形成的干涉圖案信息并反饋給Android智能手機(jī)，與模擬3D納米圖案進(jìn)行比對(duì)，調(diào)整分光系統(tǒng)參數(shù)，減小誤差，實(shí)現(xiàn)CCD顯微成像系統(tǒng)檢測(cè)干涉結(jié)構(gòu)圖案與打印圖案一致。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

(1)由于現(xiàn)有3D激光打印采用單光束激光聚焦為光源，打印的速度和分辨率都受制于聚焦光斑的尺寸，本發(fā)明采用多光束激光干涉技術(shù)產(chǎn)生的微納復(fù)合周期性結(jié)構(gòu)干涉光為光源，曝光場(chǎng)面積大、效率高；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，采用了云服務(wù)端，只需幾步便能通過(guò)Android智能手機(jī)調(diào)取存儲(chǔ)于云服務(wù)端的3D模型圖，控制相配合的3D打印機(jī)打印出相關(guān)物品，由于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，故用戶只要懂得上網(wǎng)便能操作，避免了用戶必須通過(guò)軟件制圖使3D打印機(jī)適用范圍過(guò)窄的問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法適用于各種用戶，易于推廣使用。

(2)由于激光干涉技術(shù)產(chǎn)生的圖案結(jié)構(gòu)從納米級(jí)到微米級(jí)可調(diào)，具有圖形特征尺寸小、周期性好、圖案密度可調(diào)性好的優(yōu)點(diǎn)，使得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)3D打印的周期設(shè)置更方便。

(3)由于本發(fā)明直接生成微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的3D打印，節(jié)省打印材料，相比現(xiàn)有方法具有快速、大面積、精密、低成本實(shí)現(xiàn)微納復(fù)合材料3D打印的優(yōu)點(diǎn)。

(4)本發(fā)明在3D打印機(jī)內(nèi)還嵌有網(wǎng)卡，以便云平臺(tái)與3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交互，同時(shí)由于智能終端與3D打印機(jī)并沒(méi)有直接相連，而智能終端只負(fù)責(zé)在云服務(wù)端上搜索相應(yīng)的家用3D模型圖，并由云服務(wù)端傳輸至3D打印機(jī)，因此由于這種間接連接方式使智能終端不直接與3D打印機(jī)相連，不只通過(guò)電腦命令控制，避免了接口與協(xié)議的限制，使這種3D打印更加方便和簡(jiǎn)單；同時(shí)本發(fā)明將云服務(wù)端和3D打印機(jī)結(jié)合，使人們能夠選擇更多的家用物品進(jìn)行3D打印。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的3D打印機(jī)內(nèi)部硬件拓?fù)鋱D；

圖3是六光束激光分光系統(tǒng)示意圖；

圖4是六光束激光干涉3D打印系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結(jié)合圖1～圖4對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

Android的智能手機(jī)與3D打印機(jī)交互的系統(tǒng)，包括圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊4、激光器1、分光系統(tǒng)2、Android智能手機(jī)5、CCD顯微成像系統(tǒng)6、云服務(wù)端和3D打印機(jī)3，云服務(wù)端，用于存儲(chǔ)3D打印軟件，并轉(zhuǎn)發(fā)控制命令，與3D打印機(jī)、Android智能手機(jī)進(jìn)行信息交互。

該云服務(wù)端在本實(shí)施例中優(yōu)選由云服務(wù)供應(yīng)商提供，則搜索到的產(chǎn)品非常齊全，本發(fā)明的3D打印機(jī)安裝在家里，因此用戶在云服務(wù)端主要提供家用產(chǎn)品如牙刷、杯子等。

為了更好地實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)的功能，在該3D打印機(jī)上還連接有智能處理芯片，該智能處理芯片內(nèi)嵌在3D打印機(jī)內(nèi)，用于接收3D打印機(jī)發(fā)送的信息并處理、回饋。

當(dāng)3D打印機(jī)與云服務(wù)端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連通后，在云服務(wù)端上連接Android智能手機(jī)。

由于從云服務(wù)端搜索到的3D模型圖可能是不符合3D打印機(jī)打印標(biāo)準(zhǔn)的圖片，因此為了更好地實(shí)現(xiàn)打印功能，可在云服務(wù)端上安裝一個(gè)打印軟件，該打印軟件的工作過(guò)程如下：

(1)將打印軟件存儲(chǔ)到云服務(wù)端，根據(jù)云計(jì)算的SaaS，即云服務(wù)端的運(yùn)營(yíng)服務(wù)商，該打印軟件進(jìn)行服務(wù)；

(2)用戶通過(guò)PC機(jī)在云服務(wù)端選定一個(gè)素材后，該素材對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)在云服務(wù)端的3D模型程序加載到打印軟件中；

(3)打印軟件將該3D模型程序進(jìn)行解碼，形成3D模型圖，并通過(guò)網(wǎng)卡將圖傳輸至3D打印機(jī)；

綜上所述，該打印軟件類似于現(xiàn)有技術(shù)中的office軟件，為3D打印機(jī)的配套軟件，該軟件為現(xiàn)有3D打印機(jī)使用的軟件，故不多做描述。

為了加強(qiáng)保密功能，用戶在每個(gè)3D打印機(jī)上分配了一個(gè)ID，并對(duì)每個(gè)ID進(jìn)行了加密，用戶需要在PC機(jī)上輸入該3D打印機(jī)對(duì)應(yīng)的密碼才能使用3D打印機(jī)，以保證外界不會(huì)侵入該3D打印機(jī)。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法如下：

(a)用戶在Android智能手機(jī)上選擇自家的3D打印機(jī)，并輸入該3D打印機(jī)的ID對(duì)應(yīng)的密碼，在密碼配對(duì)成功后進(jìn)入下一步；

(b)用戶以Android智能手機(jī)為入口進(jìn)行云服務(wù)端搜索，搜索需要打印的素材——杯子，在選擇了素材后，打印軟件對(duì)該素材進(jìn)行解碼，生成杯子的3D模型圖，并將該3D模型圖發(fā)送至3D打印機(jī)；

(c)3D打印機(jī)接收到3D模型圖之后，將該3D模型圖發(fā)送至智能處理芯片，智能處理芯片進(jìn)行解析，生成3D打印機(jī)需要的格式后將該3D模型圖發(fā)送至3D打印機(jī)的數(shù)控打印單元；

(d)數(shù)控打印單元接收到3D模型圖后3D打印機(jī)進(jìn)行打印，3D打印機(jī)最后打印出一個(gè)杯子，與此同時(shí)智能處理芯片將解析后的3D模型圖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中，下次使用該3D模型圖時(shí)無(wú)需再重新從云存儲(chǔ)端查詢和解碼。

在第二次使用該3D模型圖時(shí)，通過(guò)PC機(jī)與3D打印機(jī)上的網(wǎng)卡相連，并通過(guò)網(wǎng)卡進(jìn)入存儲(chǔ)模塊查詢已加載或打印過(guò)的3D模型圖，直接發(fā)出再次打印的命令即可。

按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)云服務(wù)，而Android智能手機(jī)與3D打印機(jī)構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)的信息交互關(guān)系如下：

首先圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊將打印物體3D掃描后生成物理模型分層，并傳送給Android智能手機(jī)；根據(jù)打印納米圖案尺寸要求，Android智能手機(jī)模擬3D納米圖案結(jié)構(gòu)成型物理模型并設(shè)置分光系統(tǒng)參數(shù)，使分光系統(tǒng)將激光器輸出的單束激光分為多束相干光，并設(shè)定各路相干光束的入射角和空間角，各路相干光的偏振態(tài)一致，通過(guò)參數(shù)設(shè)定使多束相干光組合，在CCD顯微成像系統(tǒng)和打印材料的表面上形成周期性微納復(fù)合結(jié)構(gòu)圖案；CCD顯微成像系統(tǒng)檢測(cè)相干光形成的干涉結(jié)構(gòu)圖案信息并反饋給Android智能手機(jī)，Android智能手機(jī)對(duì)分光系統(tǒng)的參數(shù)修正，使CCD顯微成像系統(tǒng)檢測(cè)干涉圖案分布周期達(dá)到打印納米圖案尺寸要求，參數(shù)設(shè)定完成；Android智能手機(jī)通過(guò)精確地控制3D打印機(jī)在二維平面的掃描速度及方式，相干光按照被打印物體3D物理模型截面輪廓逐點(diǎn)掃描，與被打印材料作用使作用處材料成型，獲得該截面輪廓的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)薄片，設(shè)置3D打印機(jī)升起或下降一層薄片的距離后繼續(xù)分層掃描，疊加成型的方式逐層增加材料生成微納復(fù)合結(jié)構(gòu)三維模型。

由紫外激光器(355nm)發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)分光系統(tǒng)后分為6束干涉光，圖中光路I、II、III為入射光束，光路IV、V、VI為調(diào)制光束。入射光I、II、III的空間角成系統(tǒng)中心軸對(duì)稱分布，即為0°、120°和240°，調(diào)制光IV、V、VI的空間角分別與三束入射光的空間角相同，但入射角不同。入射光束入射角為30°，調(diào)制光束入射角為35°。干涉結(jié)構(gòu)以正三角形分布的點(diǎn)陣為大周期(6μm)并以孔陣為小周期(500nm)的微納復(fù)合雙重二維結(jié)構(gòu)。

六光束激光干涉3D打印系統(tǒng)，首先使用圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊將待打印物體(如正方體)3D物理模型切片分層，并傳送給Android智能手機(jī)，根據(jù)打印納米圖案尺寸要求(500nm/6μm)，Android智能手機(jī)模擬3D納米圖案結(jié)構(gòu)成型物理模型并控制分光系統(tǒng)4將激光器輸出的單束激光分為六束相干光，通過(guò)參數(shù)設(shè)定使相干光干涉，并在CCD顯微成像系統(tǒng)和打印材料(SU8光刻膠)的表面上形成以正三角形分布的點(diǎn)陣為大周期并以孔陣為小周期的微納復(fù)合雙重二維結(jié)構(gòu)。CCD顯微成像系統(tǒng)干涉結(jié)構(gòu)圖案信息并反饋給Android智能手機(jī)，Android智能手機(jī)對(duì)分光系統(tǒng)參數(shù)修正，使CCD顯微成像系統(tǒng)檢測(cè)干涉圖案分布周期達(dá)到打印納米圖案尺寸要求。參數(shù)設(shè)定完成。Android智能手機(jī)精確地控制3D打印機(jī)在二維平面的掃描速度1mm/s，并按照被打印物體3D物理模型截面輪廓逐點(diǎn)掃描，相干光與光刻膠作用使作用處材料成型，單層掃描完成獲得該截面輪廓的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)薄片，設(shè)置3D打印機(jī)升起或下降一層薄片的距離(500nm)后繼續(xù)分層掃描，疊加成型的方式逐層增加材料，顯影后生成微納復(fù)合結(jié)構(gòu)三維模型。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。