一种三维打印机以及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三维打印机以及控制方法，属于机械工具技术领域。具体实施例中三维打印机，包括送料装置、机械臂装置、打印执行装置，送料装置和机械臂装置都固定在固定底板上，打印执行装置与机械臂装置的末端执行器相连接，送料装置通过保护软管与打印执行装置相连接。利用B样条进行对打印轮廓进行描述，进而实现打印机运动控制。本发明专利技术利用机械臂以及B样条插补算法进行三维打印机的运动控制，能够实现三维空间快速准确定位，并且其结构紧凑能够放置在狭窄的空间内，具有较高的位置精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维打印机以及控制方法，属于机械工具

技术介绍
三维打印技术是快速成型制造技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可粘合材料，将一定厚度的材料逐层反复打印在平台上，循环往复，直到生成整个成型件。其工艺工程是先利用三维造型软件创建三维实体造型，再将设计出的实体造型通过快速成型设备的处理软件进行“分区”成逐层的截面切片，然后将处理过的数据输入设备进行制造，最后还需要进行一定的后处理以得到最终的成品。国内开发的三维立体打印快速成型设备一般设置可升降的工作台，喷嘴活动连接在工作台上，根据需要控制喷嘴的运动，由于工作台采用支架结构，喷嘴的位置调整，一般通过步进电机牵引同步带，同步带拉动丝杠转动来带动喷嘴移动，这种开环控制加上机构间隙等因素，并不能使喷嘴位置具有较高精度，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种三维打印机以及控制方法，解决现有技术的三维打印机机构复杂，不能准确有效定位，无法满足高精度的三维打印要求。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种三维打印机，包括送料装置、机械臂装置、打印执行装置，送料装置和机械臂装置都固定在固定底板上，打印执行装置与机械臂装置的末端执行器相连接，送料装置通过保护软管与打印执行装置相连接。进一步地，所述打印执行装置包括连接架、加热机构、散热机构、金属散热管，连接架通过第一螺钉固定在机械臂装置的末端执行器上，同时与加热机构固定连接，机械臂装置带动连接架进行运动。进一步地，所述末端执行器中间位置设置有通孔，金属散热管一端连接有保护软管并穿过末端执行器的通孔，另一端通过连接螺柱固定在加热机构上。进一步地，所述连接螺柱为中空外螺纹结构，一端通过螺纹配合连接金属散热管另一端通过螺纹配合连接喷嘴。进一步地，所述机械臂装置设置有控制机构，控制机构包括控制芯片和显示屏，控制芯片根据需要打印的位置信息，控制电机旋转，进而实现调整末端执行器位姿的目的。利用机械臂控制三维打印机的喷嘴能够实现三维空间快速准确定位，并且其结构紧凑能够放置在狭窄的空间内。优选地，机械臂装置为三自由度机械臂。进一步地，所述送料装置包括绕线盘、送丝机构，耗材丝一端缠绕在绕线盘上，另一端通过送丝机构送到打印执行装置。进一步地，所述送丝机构包括压线盒、送料轮、压线机构，压线盒设置有凹槽，用以放置送料轮和压线机构，压线盒一端与电机相连接，电机轴穿过压线盒与送料轮固定连接。压线盒设置有不规则凹槽，根据压线机构的形状设置凹槽的形状，这样凹槽能够有效固定压线机构和送料轮。进一步地，所述压线机构为月牙形中间位置安装有轴承，压线机构安装在压线盒凹槽内与送料轮保持一定的间隔空隙，为调节送料轮与压线机构的间隙，在压线盒靠近压线机构的一端面设置有调节螺母。压线机构通过螺栓安装在压线盒凹槽内，压线机构并不完全固定，能够相对移动，用于调整压线机构与送料轮的间隙。进一步地，所述送料轮设置有紧定螺钉，通过拧紧紧定螺钉能够使得电机轴与送料轮同步旋转。送料轮设置有齿结构，且齿轮的中间有浅凹槽，使得耗材丝容易定位。由于送料轮是圆柱形，耗材丝一般也是圆柱形，二者之间的摩擦力比较小，因此送料轮设置带齿结构并且中间设置有浅凹槽，使得耗材丝能够在浅凹槽中穿过，防止耗材丝滑动。一种用于三维打印机的控制方法，包括以下步骤：第10步，控制芯片对打印轮廓利用B样条曲线进行描述；第20步，喷嘴需要匀速运动，利用B样条理论知识，求出对应的下一插补点参数u值，计算公式如下所示：ui+1=ui+vTsX,2(u)+Y,2(u)++Z,2(u)-(vTs)2×(X,(u)X,,(u)+Y,(u)Y,,(u)++Z,(u)Z,,(u))2(X,2(u)+Y,2(u)++Z,2(u))2]]>Ts是采样周期，v喷嘴的运动速度，ui为上一插补点的参数值，X’(u)为样条曲线X坐标的一阶导数，Y’(u)为样条曲线Y坐标的一阶导数，Z’(u)为样条曲线Z坐标的一阶导数，X”(u)为样条曲线X坐标的二阶导数，Y”(u)为样条曲线Y坐标的二阶导数，Z”(u)为样条曲线Z坐标的二阶导数；第30步，根据计算出的参数u，计算下一插补点坐标，即控制芯片控制打印机喷嘴需要运动到坐标位置，插补点坐标计算公式：Pl(u)=pl+0pl+1pl+2pl+316*(1-u)316*(3u3-6u2+4)12u2+12u-12u3+1616u3]]>其中：P1(u)表示第1段样条曲线，p1+i表示第1段曲线第i个控制点，u表示样条参数；第40步，控制芯片根据每个采样周期内的插补点坐标，计算出需要对每个电机的发送脉冲数，控制电机旋转，机械臂装置末端执行器进行运动，带动喷嘴运动到指定位置，进行打印。B样条曲线是Bézier曲线的改进形式，主要区别在于基函数的构造方式不同，B样条理论的好处就是能保留Bézier方法的优点，同时增加了可局部修改的性质。B样条方法在表示与设计自由型曲线与曲面形状时显示了强大的威力。进一步地，第10步进一步包括以下步骤：第101步，采集轮廓离散点，输入到控制芯片；第102步，控制芯片确定节点向量：u＝{-3，-2，-1，0，1，2，3，4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印机，其特征在于，包括送料装置(100)、机械臂装置(200)、打印执行装置(300)，送料装置(100)和机械臂装置(200)都固定在固定底板(20)上，打印执行装置(300)与机械臂装置(200)的末端执行器(9)相连接，送料装置(100)通过保护软管(5)与打印执行装置(300)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种三维打印机，其特征在于，包括送料装置(100)、机械臂装置(200)、打印执行装
置(300)，送料装置(100)和机械臂装置(200)都固定在固定底板(20)上，打印执行装置
(300)与机械臂装置(200)的末端执行器(9)相连接，送料装置(100)通过保护软管(5)与打
印执行装置(300)相连接。
2.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，所述打印执行装置(300)包括连接架
(14)、加热机构(16)、散热机构(18)、金属散热管(11)，连接架(14)通过螺钉固定在机械臂
装置(200)的末端执行器(9)上，同时与加热机构(16)固定连接。
3.如权利要求2所述的三维打印机，其特征在于，所述末端执行器(9)中间位置设置有
通孔，金属散热管(11)一端连接有保护软管(5)并穿过末端执行器(9)的通孔，另一端通过
连接螺柱(13)固定在加热机构(16)上。
4.如权利要求3所述的三维打印机，其特征在于，所述连接螺柱(13)为中空外螺纹结
构，一端通过螺纹配合连接金属散热管(11)另一端通过螺纹配合连接喷嘴(17)。
5.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，所述机械臂装置(200)设置有控制机
构，控制机构包括控制芯片和显示屏。
6.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，所述送料装置(100)包括绕线盘(1)、
送丝机构(6)，耗材丝(10)一端缠绕在绕线盘(1)上，另一端通过送丝机构(6)送到打印执行
装置(300)。
7.如权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，所述送丝机构(6)包括压线盒(613)、
送料轮(612)、压线机构(607)，压线盒(613)设置有用以放置送料轮(612)和压线机构(607)
的凹槽，压线盒(613)一端与电机(601)相连接，电机(601)轴穿过压线盒(613)与送料轮
(612)固定连接，所述送料轮(612...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亮亮，欧阳博，史伟民，刘权庆，时军，应思齐，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33