铺粉式3D打印设备出光动态控制方法及装置与流程

铺粉式3d打印设备出光动态控制方法及装置
技术领域
1.本发明属于3d打印技术领域，尤其涉及一种铺粉式3d打印设备出光动态控制方法及装置。


背景技术：

2.铺粉式3d打印设备基本原理是金属粉末激光烧结成型，金属粉末一般粒径为20-40um，通过激光加热金属使得粉末化金属融化，冷却后结合在一起。通过计算机控制激光的偏转角度进行扫描，加工完一层后，平台就会下移动一点距离，这个距离为层高，再铺上一层金属粉，如此往复。
3.目前，铺粉式3d打印设备出光控制主要有两种方式：
4.传统方式，对于任一层铺粉操作，铺粉轴执行铺粉运动，当检测到铺粉轴运动到终点位后，3d打印设备立刻控制激光器出光，开始打印当前层。该运动模式是一种标准的出光控制方式，能够完全保证设备的安全，但由于每层打印并不完全相同，装置会浪费等待时间，导致打印加工效率较低，最终带来更高的生产成本。
5.触控阈值方式，对打印装置，提前设定一个统一的铺粉轴到位阈值，在每一次铺粉轴执行铺粉运动过程中，当检测到铺粉轴运动至到位阈值区间内时，控制激光器出光，3d打印设备控制激光器出光，即开始打印当前层；该触控阈值方式虽然节省一些等待的时间，但当触控阈值较小时，对设备效率提升不够大，而触控阈值设定较大时，可能造成铺粉轴与激光干涉的危险情况发生。
6.故，有必要提供一种技术方案，以解决现有技术中铺粉式3d打印设备的时间浪费、加工效率低、安全系数不高的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明实施例提供了一种铺粉式3d打印设备出光动态控制方法及装置，其根据每一铺粉层的铺粉长度确定该铺粉层的出光安全点，即铺粉轴运动至此可触发激光器出光，如此，达到对激光器出光的动态控制，保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，保证了生产安全，同时，减少等待时间，提高了设备打印效率。
8.本发明实施例的第一方面提供了一种铺粉式3d打印设备出光动态控制方法，所述控制方法包括：
9.根据打印任务，确定每一铺粉层需铺粉长度；
10.根据每一铺粉层的所述铺粉长度，确定该铺粉层的出光安全点；其中，所述出光安全点距离铺粉轴初始位置的长度为所述铺粉长度；
11.当所述铺粉轴运动至所述出光安全点时，进行出光操作。
12.本发明实施例的第二方面提供了一种铺粉式3d打印设备出光动态控制装置，所述控制装置包括：
13.计算单元，用于根据打印任务，确定每一铺粉层需铺粉长度；并根据每一铺粉层的
所述铺粉长度，确定该铺粉层的出光安全点；其中，所述出光安全点距离铺粉轴初始位置的长度为所述铺粉长度
14.监测单元，用于监测所述铺粉轴运动至所述出光安全点，发送出光信号至出光控制单元；
15.所述出光控制单元，用于当接收到所述出光信号时，控制出光。
16.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明通过对每一铺粉层计算出光安全点，允许激光器在铺粉轴运动到终点位置之前进行出光操作，即通过对出光安全点铺粉时间与打印时间相重合(至少部分重合)的方式，在保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，保证了生产安全的情况下，减少等待时间，提高了设备打印效率；同时，采用时间方式以及位置方式准确确定了出光的触发条件。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明实施例一提供的铺粉式3d打印设备出光动态控制方法的流程示意图；
19.图2是本发明所提供的动态出光控制方法与现有技术方法的对比示意图；
20.图3是图本发明实施例二提供的铺粉式3d打印设备出光动态控制装置的结构示意图。图4是本发明一实施例提供的一种铺粉式3d打印设备出光动态控制装置的动态结构示意图。
具体实施方式
21.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0024]
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0025]
参见图1，是本发明实施例一提供的一种铺粉式3d打印设备出光动态控制方法的
流程示意图。如图1所示，该铺粉式3d打印设备出光动态控制方法可包括以下步骤：
[0026]
步骤s01：根据打印任务，确定每一铺粉层需铺粉长度；
[0027]
其中，对于3d打印任务，任意两次层的3d打印是可以出现完全相同、不完全相同、甚至完全不同中的任一情况。本发明构思即对于每一层3d打印的“触控阈值”均进行判断与调控，在保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉的情况下，尽可能的增大“触控阈值”，减少等待时间，从而提高了设备生产效率。每一次的“触控阈值”即为本发明所提出的出光安全点，即铺粉轴进行铺粉操作时，当铺粉轴运动到出光安全点的瞬时及以后，表示铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，设备生产安全。
[0028]
在此，需要指出的是，出光安全点至铺粉轴的终点位置，即为出光安全区间，原则上，在铺粉轴运动在该出光安全区间任一处时，进行出光操作，均可保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，保证生产安全，但是为了节约时间，该出光安全区域越大越好，即，在满足3d打印任务的情况下，该出光安全点距离铺粉轴的初始位置越近越好。
[0029]
进一步需要指出的是，由于3d打印是在铺粉操作完成后才可进行打印，故无论是对于单程式铺粉操作、还对于往返式铺粉操作，出光安全点乃至出光安全区间均是相对于或者是相邻于铺粉轴的终点位置。
[0030]
步骤s02：根据每一铺粉层的所述铺粉长度，确定该铺粉层的出光安全点；其中，所述出光安全点距离铺粉轴初始位置的长度为所述铺粉长度；
[0031]
其中，对于任一3d打印任务，确定每一铺粉层需铺粉长度，该铺粉长度即为该铺粉层所需铺粉的长度，即铺粉轴从初始位置运动至出光安全点处位置的长度，也即为该铺粉层最终出光打印时能满足打印任务的最小值。
[0032]
步骤s03：当所述铺粉轴运动至所述出光安全点时，进行出光操作。
[0033]
其中，为了尽可能减少等待时间，本发明当铺粉轴运动至所述出光安全点时，控制出光操作。在此，需要指出的是，当铺粉轴运动至所述出光安全点时，具体是指，铺粉轴的铺粉操作尚未完成，但是对于当前层的需3d打印部分的铺粉已经完成，现在铺粉轴是向终点位置进行铺粉运动。
[0034]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，所述“所述铺粉轴运动至所述出光安全点”为：
[0035]
根据所述铺粉长度与所述铺粉轴的运动速度，确定所述铺粉轴运动至所述出光安全点的达到时间；
[0036]
在所述铺粉轴从所述初始位置开始铺粉时，开始计时；
[0037]
当所述计时超出所述达到时间时，进行所述出光操作。
[0038]
其中，采用计时方法对铺粉轴运动至出光安全点处进行确定，由于铺粉式 3d打印设备预先设定好所述铺粉轴的运动速度，在确定好每一铺粉层的铺粉长度后，可通过计算确定出铺粉轴运动至所述出光安全点的达到时间。
[0039]
如图2(a)所示，为本发明一实施例具体的铺粉轴速度-时间图。
[0040]
铺粉轴为保证铺粉质量，设打印层数相同，均为n层，每层均需要按设定铺粉速度v
p
完成。则铺粉轴速度曲线与时间轴所围合成的面积即为铺粉轴所运动的路程，一般情况下，该路程也为铺粉轴距离初始位置的距离。基于此，当出光安全点确定时，该铺粉层的出光安全点至初始位置的距离也是确定的，进一步，可以确定该铺粉层中铺粉层所运动至出
光安全点的时间t
y
。
[0041]
进一步，在所述铺粉轴从所述初始位置开始铺粉时，开始计时；
[0042]
当所述计时超出所述达到时间时，可判定铺粉轴运动至出光安全点，确定铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，此时进行所述出光操作，即可减少打印等待时间。
[0043]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，所述铺粉轴的所述运动速度分为恒加速度阶段、匀速阶段。
[0044]
其中，如图2(a)所示，可见铺粉轴的运动是具有恒加速度阶段—恒速阶段—恒加速度阶段。如此，可更便于系统准确对铺粉轴到达出光安全点达到时间的精确计算，且也有利于铺粉的质量。
[0045]
该方式以速度—时间方式确定出光触发方式。
[0046]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，监测所述铺粉轴的实时位置，当所述铺粉轴运动至所述出光安全点时，进行所述出光操作。
[0047]
其中，通过电机编码器可对铺粉轴进行位置实时监测，并采用高清摄像机对位置进行位置辅助判断(避免因电机与联动机构断连导致危险事故发生)，以确定铺粉轴是否到达出光安全点位置，该方式直接以铺粉轴位置方式确定出光触发方式。
[0048]
相比于传统方式与统一阈值方式，本发明通过对每一铺粉层计算出光安全点(对于一3d打印任务，在系统设置为n层铺粉层的情况下，整体上即实现了动态计算出光安全点，也即动态实现出光控制方式)，允许激光器在铺粉轴运动到终点位置之前进行出光操作，即通过对出光安全点铺粉时间与打印时间相重合(至少部分重合)的方式，在保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，保证了生产安全的情况下，减少等待时间，提高了设备打印效率；同时，采用时间方式以及位置方式准确确定了出光的触发条件。
[0049]
下面结合图2，对本发明所提出的方法、传统方式、统一阈值方式作出具体对比。
[0050]
如图2所示，本发明所提供的铺粉式3d打印设备出光动态控制方法与现有技术方法的对比示意图。在实际打印过程中，铺粉轴为保证铺粉质量，设打印层数相同，均为n层，每层均需要按设定铺粉速度v
p
完成，铺粉行程始终保持不变为s
p
，则每一层的铺粉时间t
p
也全部都相同。
[0051]
如图2(a)所示，采用传统方式，每一层铺粉轴运动需要s
p
，打印装置都需要等待t
p
时间，即打印完一任务需要等待的时间为n
×
t
p
。
[0052]
采用统一阈值方式，设到出光安全点为s
y
(此处可理解为铺粉轴的初始位置至到出光安全点位置的路程)，出光安全点位置至终点位置所需要的时间为 t
y
，每一层均通过到位阈值将出光时间调整到t
p-t
y
，即打印完一任务需要等待的时间为n
×
(t
p-t
y
)，所节省的路程为n
×
(s
p-s
y
)。但此调整相对每一层也需是相同的一个值，而此值需要兼容整个零件的所有层，更甚需要不同零件更改不同的到位阈值，因此非常不灵活方便。
[0053]
如图2(b)所示，采用本发明所提出的方法，每层铺粉时间依旧保持不变 t
p
，由于每层的安全区间都不尽相同，出光安全点位置为，故出光时间为一个动态的出光时间，而且此值是根据当前层需3d打印部分的出光安全点位置与终点位置的自动计算的，使控制更加方便灵活。此t
s
是根据铺粉轴位置到达出光安全点位置决定的，最后得出每层节约的时间为t
p-t
s
(t
s
为动态值)，即打印完一任务需要等待的时间为且相比于统一
阈值方式中的t
y
，本发明方法中对于第i层的打印出光时间有可得对设备打印效率有显著的提升。可见，除某些特殊情形外，相比于现有技术，本发明所提出的方法可最大程度地节约设备的出光等待时间，使设备打印效率趋于最优。
[0054]
参见图3，是本发明实施例二提供的一种铺粉式3d打印设备出光动态控制装置的结构示意图。如图3所示，该动态出光控制装置可包括：
[0055]
计算单元，用于根据打印任务，确定每一铺粉层需铺粉长度；并根据每一铺粉层的所述铺粉长度，确定该铺粉层的出光安全点；其中，所述出光安全点距离铺粉轴初始位置的长度为所述铺粉长度
[0056]
监测单元，用于监测所述铺粉轴运动至所述出光安全点，发送出光信号至出光控制单元；
[0057]
所述出光控制单元，用于当接收到所述出光信号时，控制出光。
[0058]
其中，对于3d打印任务，任意两次层的3d打印是可以出现完全相同、不完全相同、甚至完全不同中的任一情况。本发明构思即采用计算单元对于每一层3d打印的“触控阈值”均进行判断与调控，在保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉的情况下，尽可能的增大“触控阈值”，减少等待时间，从而提高了设备生产效率。每一次的“触控阈值”即为本发明所提出的出光安全点，即铺粉轴进行铺粉操作时，当铺粉轴运动到出光安全点的瞬时及以后，表示铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，设备生产安全。
[0059]
在此，需要指出的是，计算单元在计算出出光安全点至铺粉轴的终点位置，即为出光安全区间，原则上，在铺粉轴运动在该出光安全区间任一处时，进行出光操作，均可保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，保证生产安全，但是为了节约时间，该出光安全区域越大越好，即，在满足3d打印任务的情况下，该出光安全点距离铺粉轴的初始位置越近越好。
[0060]
进一步需要指出的是，由于3d打印是在铺粉操作完成后才可进行打印，故无论是对于单程式铺粉操作、还对于往返式铺粉操作，出光安全点乃至出光安全区间均是相对于或者是相邻于铺粉轴的终点位置。
[0061]
其中，对于任一3d打印任务，确定每一铺粉层需铺粉长度，该铺粉长度即为该铺粉层所需铺粉的长度，即铺粉轴从初始位置运动至出光安全点处位置的长度，也即为该铺粉层最终出光打印时能满足打印任务的最小值。
[0062]
其中，为了尽可能减少等待时间，本发明当铺粉轴运动至所述出光安全点时，控制出光操作。在此，需要指出的是，当铺粉轴运动至所述出光安全点时，具体是指，铺粉轴的铺粉操作尚未完成，但是对于当前层的需3d打印部分的铺粉已经完成，现在铺粉轴是向终点位置进行铺粉运动。
[0063]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，所述计算单元还用于根据所述铺粉长度与所述铺粉轴的运动速度，确定所述铺粉轴运动至所述出光安全点的达到时间。
[0064]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，所述监测单元用于计时，在所述铺粉轴从所述初始位置开始铺粉时，开始计时；
[0065]
当所述监测单元的所述计时超出所述达到时间时，发送所述出光信号至所述出光控制单元。
[0066]
其中，采用计时方法对铺粉轴运动至出光安全点处进行确定，由于铺粉式 3d打印设备预先设定好所述铺粉轴的运动速度，在确定好每一铺粉层的铺粉长度后，可通过计算确定出铺粉轴运动至所述出光安全点的达到时间。
[0067]
如图2(a)所示，为本发明一实施例具体的铺粉轴速度-时间图。
[0068]
铺粉轴为保证铺粉质量，设打印层数相同，均为n层，每层均需要按设定铺粉速度v
p
完成。则铺粉轴速度曲线与时间轴所围合成的面积即为铺粉轴所运动的路程，一般情况下，该路程也为铺粉轴距离初始位置的距离。基于此，当出光安全点确定时，该铺粉层的出光安全点至初始位置的距离也是确定的，进一步，可以确定该铺粉层中铺粉层所运动至出光安全点的时间t
y
。
[0069]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，所述铺粉轴的所述运动速度分为恒加速度阶段、匀速阶段。
[0070]
其中，如图2(a)所示，可见铺粉轴的运动是具有恒加速度阶段—恒速阶段—恒加速度阶段。如此，可更便于系统准确对铺粉轴到达出光安全点达到时间的精确计算，且也有利于铺粉的质量。
[0071]
该方式以速度—时间方式确定出光触发方式。
[0072]
进一步的，作为本发明一优选实施方式，所述监测单元用于监测所述铺粉轴的实时位置，当所述铺粉轴的所述实时位置为所述出光安全点时，发送所述出光信号至所述出光控制单元。
[0073]
其中，通过电机编码器可对铺粉轴进行位置实时监测，并采用高清摄像机对位置进行位置辅助判断(避免因电机与联动机构断连导致危险事故发生)，以确定铺粉轴是否到达出光安全点位置，该方式直接以铺粉轴位置方式确定出光触发方式。
[0074]
相比于传统方式与统一阈值方式，本发明通过对每一铺粉层计算出光安全点(对于一3d打印任务，在系统设置为n层铺粉层的情况下，整体上即实现了动态计算出光安全点，也即动态实现出光控制方式)，允许激光器在铺粉轴运动到终点位置之前进行出光操作，即通过对出光安全点铺粉时间与打印时间相重合(至少部分重合)的方式，在保证铺粉轴与激光出光、打印动作互不干涉，保证了生产安全的情况下，减少等待时间，提高了设备打印效率；同时，采用时间方式以及位置方式准确确定了出光的触发条件。
[0075]
参见图4，是本发明一实施例提供的一种铺粉式3d打印设备出光动态控制装置的动态结构示意图。如图4所示：
[0076]
其中，激光器1、振镜2、初始位置3、焦点平面4、送粉轴5、成型轴6、终点位置7、铺粉轴8、安全区间9、出光安全点10。
[0077]
现以一3d打印任务为例，在某一铺粉层铺粉过程中，由于系统中的计算单元已经计算确定该铺粉层的铺粉长度、出光安全点位置10以及铺粉轴到达该出光安全点位置10所需要的时间(即到达时间)。当铺粉轴8从铺粉初始位置 3开始进行铺粉时，检测单元开始计时；在检测单元中的计时超过到达时间时，判断铺粉轴已经到达出光安全点10，并铺粉轴整体已经通过该出光安全点10，如此，可保证铺粉轴与激光出光相互不干扰，保证生产安全。激光器1进行出光，并且激光出光经过振镜2可有效达到指定位置。此后，铺粉轴继续运动，
但是铺粉操作可有可无，这并不影响对该3d打印任务的后续打印。在此需要指出的是，在只有当铺粉轴整体通过出光安全点10时，才可进行出光。基于该角度，当系统电机编码器及高清摄像机监测到铺粉轴整体通过出光安全点10 时，才可进行出光。
[0078]
其中，焦点平面4确定铺粉的平面，保证了铺粉的质量。并对每一层铺粉层重复上述操作，即可实现动态出光控制，通过对每一铺粉层时间的节约，整体上实现节约时间，提高工作生产效率。
[0079]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。