多喷头3D打印控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种多喷头3D打印控制系统及控制方法，包括支架，喷头支架与支架活动连接，喷头支架与支架之间沿Y向相对往复运动，换行气缸一端与喷头支架连接，另一端与支架连接；喷头支架上设有多个沿着X轴运行的X向小车，在每个X向小车上设有喷头，喷头与X向小车之间沿Y向相对往复运动；还设有主控装置，主控装置设有主控芯片，主控芯片与多个控制芯片电连接，各个控制芯片分别用于控制各个X向小车和喷头的行走；主控芯片还与换行气缸的控制阀电连接，用于控制换行气缸的伸缩动作。在每个X向小车设置一个可沿Y向往复运动的喷头，配合可切换位置的喷头支架以及独立的控制芯片，能够实现在提高工作效率的同时，大幅降低控制难度。大幅降低控制难度。大幅降低控制难度。

【技术实现步骤摘要】
多喷头3D打印控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及辅助医疗器械的3D打印领域，特别是一种多喷头3D打印控制系统及方法。

技术介绍

[0002]3D打印作为小批量零件的成型技术得到广泛的应用，它是利用喷头将料丝加热后喷出，层层堆叠实现3D零件成型。现有的3D打印存在耗时较长的问题。为克服该问题，现有技术中提出了多喷头打印以缩短打印时间的方案，例如中国专利文献CN111619113A记载的一种多喷头结构3D打印机及其打印方法。CN111376478A一种多喷头3D打印机出料口相对坐标标定装置。但是上述的多喷头方案，存在控制较为复杂的问题，例如同时控制多个喷头进行工作，需要独立对每个喷头的供料进行控制，随着喷头的增多，现有的通用控制芯片，例如STM32系列单片机存在输出通道不足的问题，而采用多芯片的方案，又涉及各个芯片之间互相协调的问题。而且在控制软件编程过程中，由于各个喷头之间工作范围必须存在互相重叠的问题，对各个部分的划分需要根据不同的零件重新设计，控制难度较高，尤其是存在针对每个不同零件重新编写控制软件或者需要较多的设定参数的问题，这影响了工作效率，且对操作人员也提出更高的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种多喷头3D打印控制系统及方法，能够在提高工作效率的同时，大幅降低控制难度，控制方法和通常的单喷头方案基本相同，能够降低对操作人员的要求。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种多喷头3D打印控制系统，包括支架，喷头支架与支架活动连接，喷头支架与支架之间沿Y向相对往复运动，换行气缸一端与喷头支架连接，另一端与支架连接；喷头支架上设有多个沿着X轴运行的X向小车，在每个X向小车上设有喷头，喷头与X向小车之间沿Y向相对往复运动；还设有主控装置，主控装置设有主控芯片，主控芯片与多个控制芯片电连接，各个控制芯片分别用于控制各个X向小车和喷头的行走；主控芯片还与换行气缸的控制阀电连接，用于控制换行气缸的伸缩动作。
[0005]优选的方案中，还设有工件平台，工件平台位于喷头支架下方，工件平台与升降驱动机构连接。
[0006]优选的方案中，所述的升降驱动机构的结构为，工件平台通过竖直导轨与支架滑动连接，工件平台上固设有螺母；丝杆两端通过轴承支承在支架上，丝杆与螺母螺纹连接，Z向电机的输出轴与丝杆固定连接，Z向电机固定安装在支架上；主控芯片与Z向电机电连接，用于控制Z向电机。
[0007]优选的方案中，所述的Z向电机为伺服电机；在支架上设有上限位开关和下限位开关，上限位开关和下限位开关位于工件平台行程的两端，上限位开关和下限位开关与主控芯片电连接，用于限制工件平台的行程。
[0008]优选的方案中，换行气缸设有两个工作位置，即换行气缸沿Y向行程范围的两端；喷头与X向小车之间的Y向行程范围大于换行气缸的行程范围。
[0009]优选的方案中，在喷头支架上设有多个X向导轨，多个X向小车分别与各个X向导轨滑动连接；在喷头支架的设有多个主动轮，主动轮与X向电机连接，在与主动轮相对的另一端设有多个从动轮，主动轮与从动轮之间通过同步带连接，各个X向小车分别与各个同步带固定连接，以驱动X向小车沿着X向往复运动；X向小车的结构为：X向小车上设有沿Y向的Y向导轨，喷头与Y向导轨滑动连接，在X向小车上固设有Y向电机，Y向电机通过传动机构与喷头连接，以驱动喷头沿Y向往复运动。
[0010]优选的方案中，在X向小车的车体上设有平行的第一Y向导轨和第二Y向导轨，喷头与Y向导轨滑动连接；Y向电机通过同步带传动机构与齿轮固定连接；在喷头上设有齿条，齿条与齿轮啮合连接。
[0011]优选的方案中，还设有料丝的供应装置，在支架上设有多个支承轮，线盘支承在支承轮上；在支架上还设有送丝机构，料丝穿过送丝机构与喷头连接，在喷头设有加热机构；所述的送丝机构设有送丝轮组，送丝轮组与送丝电机连接，送丝电机用于驱动送丝轮组转动，料丝从送丝轮组之间穿过；送丝电机与分别与控制对应喷头的控制芯片电连接，以根据对应喷头的工作距离提供料丝。
[0012]一种采用上述的多喷头3D打印控制系统的控制方法，包括以下步骤：S1、主控芯片将工件分割成多层结构，并根据工件单层宽度和喷头数量N，将工件的单层图像分割成N
×
2列；S2、主控芯片将初始列及其相隔列的单层图像发送至各个喷头对应的控制芯片；S3、各个喷头对应的控制芯片控制对应的X向电机、Y向电机和送丝电机开始打印当前图像；S4、当各个喷头完成当前图像的打印工作，主控芯片控制换行气缸切换到初始列的相邻列；S5、主控芯片将初始列的相邻列及其相隔列的单层图像发送至各个喷头对应的控制芯片；S6、各个喷头对应的控制芯片控制对应的X向电机、Y向电机和送丝电机开始打印当前图像；S7、当各个喷头完成当前图像的打印工作，主控芯片控制Z向电机，驱动工件平台下降一层，开始打印工件的下一层图像；由此步骤，完成整个工件的3D打印。
[0013]优选的方案中，送丝电机的运动转角与对应喷头的X向电机和Y向电机的运动转角
相关联；各个喷头根据优化路径打印当前图像，所述的优化路径是指喷头的运行路径尽量使料丝在喷出后具有足够的冷却时间，然后再喷相邻的料丝。
[0014]本专利技术提供的一种多喷头3D打印控制系统及控制方法，通过设置多个X向小车，并在每个X向小车设置一个可沿Y向往复运动的喷头，配合可切换位置的喷头支架以及独立的控制芯片，能够实现在提高工作效率的同时，大幅降低控制难度，控制方法和通常的单喷头方案基本相同，能够编程难度，降低对操作人员的要求。本专利技术的方案使每个喷头都具有独立的Y向驱动，与共用Y向驱动的多喷头方案相比，能够大幅提高加工效率。
附图说明
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的整体结构立体示意图。
[0016]图2为本专利技术的另一方向整体结构立体示意图。
[0017]图3为本专利技术的侧视图。
[0018]图4为本专利技术中X向小车的立体图。
[0019]图5为本专利技术中X向小车的主视图。
[0020]图6为本专利技术的每层工件加工时的区域分布图。
[0021]图7为本专利技术的控制结构框图。
[0022]图中：支架1，Z向电机2，丝杆21，竖直导轨22，螺母23，轴承24，工件平台3，X向小车4，车体41，Y向电机42，齿轮43，同步带传动机构44，第一Y向导轨45，第二Y向导轨46，齿条47，X向电机5，主动轮51，从动轮52，同步带53，X向导轨54，喷头6，加热机构61，上限位开关7，换行气缸8，支承轮9，线盘10，下限位开关11，料丝12，喷头支架13，送丝机构14，送丝轮组141，送丝电机142，工件15，主控芯片100，第一控制芯片101，二控制芯片102，第三控制芯片103，第四控制芯片104，第五控制芯片105，第六控制芯片106。
具体实施方式
[0023]实施例1：如图1~3中，为便于观察，图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多喷头3D打印控制系统，包括支架（1），其特征是：喷头支架（13）与支架（1）活动连接，喷头支架（13）与支架（1）之间沿Y向相对往复运动，换行气缸（8）一端与喷头支架（13）连接，另一端与支架（1）连接；喷头支架（13）上设有多个沿着X轴运行的X向小车（4），在每个X向小车（4）上设有喷头（6），喷头（6）与X向小车（4）之间沿Y向相对往复运动；还设有主控装置，主控装置设有主控芯片（100），主控芯片（100）与多个控制芯片电连接，各个控制芯片分别用于控制各个X向小车（4）和喷头（6）的行走；主控芯片（100）还与换行气缸（8）的控制阀电连接，用于控制换行气缸（8）的伸缩动作。2.根据权利要求1所述的一种多喷头3D打印控制系统，其特征是：还设有工件平台（3），工件平台（3）位于喷头支架（13）下方，工件平台（3）与升降驱动机构连接。3.根据权利要求2所述的一种多喷头3D打印控制系统，其特征是：所述的升降驱动机构的结构为，工件平台（3）通过竖直导轨（22）与支架（1）滑动连接，工件平台（3）上固设有螺母（23）；丝杆（21）两端通过轴承（24）支承在支架（1）上，丝杆（21）与螺母（23）螺纹连接，Z向电机（2）的输出轴与丝杆（21）固定连接，Z向电机（2）固定安装在支架（1）上；主控芯片（100）与Z向电机（2）电连接，用于控制Z向电机（2）。4.根据权利要求3所述的一种多喷头3D打印控制系统，其特征是：所述的Z向电机（2）为伺服电机；在支架（1）上设有上限位开关（7）和下限位开关（11），上限位开关（7）和下限位开关（11）位于工件平台（3）行程的两端，上限位开关（7）和下限位开关（11）与主控芯片（100）电连接，用于限制工件平台（3）的行程。5.根据权利要求1所述的一种多喷头3D打印控制系统，其特征是：换行气缸（8）设有两个工作位置，即换行气缸（8）沿Y向行程范围的两端；喷头（6）与X向小车（4）之间的Y向行程范围大于换行气缸（8）的行程范围。6.根据权利要求1所述的一种多喷头3D打印控制系统，其特征是：在喷头支架（13）上设有多个X向导轨（54），多个X向小车（4）分别与各个X向导轨（54）滑动连接；在喷头支架（13）的设有多个主动轮（51），主动轮（51）与X向电机（5）连接，在与主动轮（51）相对的另一端设有多个从动轮（52），主动轮（51）与从动轮（52）之间通过同步带（53）连接，各个X向小车（4）分别与各个同步带（53）固定连接，以驱动X向小车（4）沿着X向往复运动；X向小车（4）的结构为：X向小车（4）上设有沿Y向的Y向导轨，喷头（6）与Y向导轨滑动连接，在X向小车（4）上固设有Y向电机（42），Y向电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，杨勇，
申请(专利权)人：武汉岩硕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：