基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统技术方案

基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统，包括基座，基座上固定有T型丝杆电机，T型丝杆电机通过丝杠螺母与打印平台连接，光轴导轨与T型丝杆电机平行安装，基座上方垂直固定连接有二级旋转电机，二级旋转电机通过同步带与同步带轮相连，同步带轮通过螺栓与二级连杆连接，二级连杆与打印喷头相连；基座的底板中心固定设有中心立柱，中心立柱的上端设有一级旋转电机；一级旋转电机的动力输出端与一级连杆相连；利用第一级步进电机带动同步带传动、第二级步进电机带动打印喷头旋转；T型丝杆带动工作平台沿Z轴的光轴导轨上下运动，实现3D打印系统的纵向上的打印运动，结构简单、体积小，在工作台上的移动量较小，噪音也大大降低，使用寿命更长的特点。

3D printing system of high dimensional surface based on Fourier transform

【技术实现步骤摘要】
基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统
本专利技术属于3D打印
，具体涉及基于傅里叶变换形式的高维曲面3D打印系统。
技术介绍
3D打印机主要由挤出系统、运动系统、控制系统以及其他组成部件构成。挤出系统一般由打印喷嘴、挤出机等构成。运动系统是以笛卡尔坐标系为基础，通过直线插补的方式打印物体，该种打印方式决定了传统3D打印机成型效率低且精度不高。尤其在打印曲率变化明显的高维曲面，传统3D打印机根本无法满足生产的需要，具体缺陷在于：1)没有考虑到弧面或曲面材料成形时打印方向变化的问题，逐层打印中喷出材料所成形线条之间的距离会发生变化，导致被打印件的力学性能较差；2)当材料在逐层打印形成弧面或曲面的过程中仍采用直线插补的方式并不能准确的捕获高维曲面的几何信息，导致了被打印件表面粗糙度不满足技术要求，直接降低了被打印件的精度。3)对于被打印物体表面形状复杂，传统3D打印机仍然采用直线插补的方式，而没有能力直接打印曲面，必然降低了传统3D打印机的打印效率。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供了基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统；该系统具有结构简单、体积小，在工作台上的移动量较小，噪音也大大降低，使用寿命更长，最重要的是，该系统能够高效的获得高精度的高维曲面。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于傅里叶变换的高维曲面3D打印机，包括基座，基座上固定有T型丝杆电机，T型丝杆电机通过丝杠螺母与打印平台连接，光轴导轨与T型丝杆电机平行安装，基座上方垂直固定连接有二级旋转电机，二级旋转电机通过同步带与同步带轮相连，同步带轮通过螺栓与二级连杆相连，二级连杆与打印喷头相连；在基座的底板中心固定设有中心立柱，中心立柱的上端侧面设有一级旋转电机；一级旋转电机的动力输出端与一级连杆相连，每一极的电机驱动均相互独立。所述的基座上方通过螺栓垂直固定连接二级旋转电机，二级旋转电机驱动二级连杆带动打印喷头。所述的基座为一U形结构，基座的U形口侧向放置。所述的T型丝杆电机垂直固定连接基座下方。所述的打印喷头通过可拆卸方式连接在二级连杆上；二级连杆通过螺栓、轴承与一级连杆转动连接。所述的打印喷头中心为喉管，喉管的四周镶嵌有加热块，加热块中套有加热棒。本专利技术的有益效果是：本专利技术是一种基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统，相较于传统的3D打印系统，其特点在于：1)基于傅里叶变换中频率和波形响应的关系，利用有限数量的不同频率，不同振幅和不同相位的正弦波信号叠加来捕获其高维曲面的几何信息。不仅能够满足现有打印机的所有要求，并且在打印表面几何形状复杂且曲率变化明显的打印上更具有优势；2)将傅里叶变换可获取高频信息的优点用于能实现高维曲面打印的新型3D打印系统中；在打印任意高维曲面时，傅里叶变换中的幅值利用杆长代替，其频率的大小决定了打印表面曲率的变换快慢，相角决定了连杆的初始位置，在打印不同高维曲面时，均可采用不同的变换级数无限近似高维曲面，而不是采用直线插补通过小步长切线的方式逼近高维曲面。因此，该基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统有能力在相对短的时间内获得高质量、高精度的曲面；3)本系统的机械结构采用开放式设计，结构简单、体积小，在工作台上的移动量较小，噪音也大大降低，使用寿命更长；4)基于该系统的设计原理，以此类推，对于曲率变换更明显，表面形状更复杂，但对其打印精度更高时，完全可以采用类似的方式，在原有机械结构的基础上添加变换级数(即不断添加长度不一致，运动频率不一样的连杆)，直到满足高维曲面高精度的打印要求(需要注意的是：各级驱动电机相互独立)；所以专利技术专利是一套结构灵活且打印方式柔性化程度较高的设备，如有其他类似打印方式均属于该专利技术专利的范畴。附图说明图1是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统整体结构示意图。图2是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统侧视图。图3是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统中喷头结构示意图。图4是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统中一、二级杆连接结构示意图。图5是3D打印成型运动的傅里叶变换原理示意图。图6(a)是傅里叶级数叠加原理的一阶轨迹示意图。图6(b)是傅里叶级数叠加原理的二阶轨迹叠加示意图。图6(c)是傅里叶级数叠加原理的三阶轨迹叠加示意图。图7是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统一级级数运动轨迹示意图。图8是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统二级级数运动轨迹示意图。图9是基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统多级级数运动轨迹示意图。图中：1.打印平台，2.光轴导轨，3.中心立柱，4.基座，5.二级旋转电机，6.一级连杆，7.一级旋转电机，8.螺栓，9.同步带轮，10加热棒，11.二级连杆，12.T型丝杆电机，13.加热块，14.打印喷头，15.喉管，16.同步带，17.轴承，18.T型丝杆螺母座。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。参见图1，基于傅里叶变换的高维曲面3D打印机，包括基座4，基座4上固定有T型丝杆电机12，T型丝杆电机12通过T型丝杠螺母座18与打印平台1连接，光轴导轨2与T型丝杆电机12平行安装，基座4上方垂直固定连接有二级旋转电机5，二级旋转电机5通过同步带16与同步带轮9相连，同步带轮9安装在二级连杆11，二级连杆11与打印喷头14相连。基座4上方通过螺栓垂直固定连接二级旋转电机5，二级旋转电机5驱动二级连杆11带动打印喷头14，所述的基座4为一U形结构，基座4的U形口侧向放置，在基座4的底板中心固定设有中心立柱3，中心立柱3的上端侧面设有一级旋转电机7；一级旋转电机7的动力输出端与一级连杆6相连，每一极的电机驱动均相互独立；在基座4下方垂直固定连接有T型丝杆电机12，T型丝杆电机12与T型丝杆螺母座18相连，T型丝杆螺母座18与打印平台1固定连接，驱动打印平台1上下移动，光轴导轨2提供打印平台1上下移动的导向作用；如图2-4所示，打印喷头14通过可拆卸方式连接在二级连杆11上；二级连杆11通过螺栓8和轴承17与一级连杆6转动连接；打印喷头14中心为喉管15，喉管15的四周(打印喷头14周向)镶嵌有加热块13，加热块13中套有加热棒10。二级连杆11通过螺栓8、轴承17与一级连杆6转动连接；所述一级连杆6与二级连杆11安装有轴承17，形成转动副连接，同步带轮9与一级连杆6相连。同时用螺栓8固定，防止同步带轮9和轴承17的脱落。二级旋转电机二7通过螺栓8、同步带轮9、同步带16带动二级连杆11转动；所述打印喷头14可拆卸连接在二级连杆11上，二级旋转电机5通过同步带16与二级连杆11相连，二级旋转电机5的轴上安装同步带轮9。各驱动电机之间相互独立；利用杆长代表傅里叶变换函数中的幅值，采用电机运动速率代表傅里叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统，包括基座(4)，其特征在于，基座(4)上固定有T型丝杆电机(12)，T型丝杆电机(12)通过T型丝杠螺母座(18)与打印平台(1)连接，光轴导轨(2)与T型丝杆电机(12)平行安装，基座(4)上方垂直固定连接有二级旋转电机(5)，二级旋转电机(5)通过同步带(16)与同步带轮(9)相连，同步带轮(9)通过螺栓(8)、轴承(17)与二级连杆(11)相连，二级连杆(11)与打印喷头(14)相连；在基座(4)的底板中心固定设有中心立柱(3)，中心立柱(3)的上端侧面设有一级旋转电机(7)；一级旋转电机(7)的动力输出端与一级连杆(6)相连。/n

【技术特征摘要】
1.基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统，包括基座(4)，其特征在于，基座(4)上固定有T型丝杆电机(12)，T型丝杆电机(12)通过T型丝杠螺母座(18)与打印平台(1)连接，光轴导轨(2)与T型丝杆电机(12)平行安装，基座(4)上方垂直固定连接有二级旋转电机(5)，二级旋转电机(5)通过同步带(16)与同步带轮(9)相连，同步带轮(9)通过螺栓(8)、轴承(17)与二级连杆(11)相连，二级连杆(11)与打印喷头(14)相连；在基座(4)的底板中心固定设有中心立柱(3)，中心立柱(3)的上端侧面设有一级旋转电机(7)；一级旋转电机(7)的动力输出端与一级连杆(6)相连。


2.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的高维曲面3D打印系统，其特征在于，所述的基座(4)上方通过螺栓垂直固定连接二级旋转电机(5)，二级旋转电机(5)驱动二级连杆(11)带动打印喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庚祥，王博，秦潘潘，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61