一种3D打印机稳定控制方法及系统与流程

一种3d打印机稳定控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及3d打印机领域，具体而言，涉及一种3d打印机稳定控制方法及系统。


背景技术：

2.3d打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印机的原理是把数据和原料放进3d打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。
3.在实际应用中，在打印精度要求很高的物体时，往往差强人意，因此，3d打印机的稳定性有待提高。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种3d打印机稳定控制方法及系统，以提高3d打印机的稳定性。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本发明实施例提供一种3d打印机稳定控制方法，上述3d打印机包括上位机、打印支架、主控系统、电机控制系统、步进电机、温度控制系统、热床、喷头控制系统和喷头，上述稳定控制方法包括：
7.建立三维模型，将完整的三维模型进行切片生成切片文件传输至上位机；
8.在打印支架上安装机械辅助组件后调平3d打印机；
9.将步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200；
10.通过温度控制系统对喷头和热床加热至预设温度范围内；
11.当喷头和热床位于预设温度范围后，主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头控制系统，
12.电机控制系统驱动步进电机进而使喷头在x轴、y轴、z轴移动，待移动到目标位置后，喷头控制系统驱动喷头进行打印。
13.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述在打印支架上安装机械辅助组件后调平3d打印机的步骤具体包括：
14.在打印支架的滑轨装配导向稳定组件；
15.在打印支架的底部装配调平组件；
16.装配完成后通过调平组件对3d打印机进行调平。
17.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述导向稳定组件包括，导向轨、稳定调节杆、滑块和转轴；
18.上述导向轨可拆卸安装于上述滑轨的中部，并与滑轨垂直设置，使得导向轨与滑轨呈十字型，上述导向轨靠近滑轨的一侧设置有滑槽，上述滑槽内安装滑块，上述稳定调节杆的两端分别通过上述转轴与上述滑块转动连接。
19.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述通过温度控制系统对喷头和热床加热至预设温度范围内的步骤包括：
20.在喷头和热床设置热敏电阻；
21.利用加热件对喷头和热床进行加热，热敏电阻的温度升高后其两端的电压发生变化，变化的电压输入至温度控制系统中控制板，并通过模数转换模块转变为数字信号，待喷头和热床达到预设温度后停止加热。
22.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
23.基于模糊pid控制算法控制喷头和热床的温度在预设范围内工作。
24.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，基于模糊pid控制算法控制喷头和热床的温度在预设范围内工作的具体步骤包括：
25.将pid参数调原则调整为：
[0026][0027]
其中，e(k)为pid系统误差，e(i)为pid系统误差变化量，k
p
为比例作用系数，ki为积分作用系数，kd为微分作用系数；通过对控制量e和ec两个参数进行不间断的检测，pid系统根据模糊控制原理对k
p
、ki、kd三个参数进行在线调整，得到对应的规则表，利用simulink仿真出相应曲线，通过与原pid控制相应曲线进行比较，模糊pid控制喷头和热床的温度在预设范围内工作。
[0028]
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
[0029]
在主控系统的io控制电路的输侧设置光耦合电路隔离干扰信号。
[0030]
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：设置逻辑电平转换芯片向光耦合电路和io控制电路提供对应的工作电压。
[0031]
第二方面，本发明实施例提供一种3d打印机稳定控制系统，包括：
[0032]
建模模块：用于建立三维模型，将完整的三维模型进行切片生成切片文件传输至上位机；
[0033]
辅助模块：用于在打印支架上安装机械辅助组件后调平3d打印机；
[0034]
设置模块：用于将步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200；
[0035]
加热模块：用于通过温度控制系统对喷头和热床加热至预设温度范围内；
[0036]
驱动模块：用于当喷头和热床位于预设温度范围后，主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头控制系统；
[0037]
打印模块：用于电机控制系统驱动步进电机进而使喷头在x轴、y轴、z轴移动，待移动到目标位置后，喷头控制系统驱动喷头进行打印。
[0038]
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
[0039]
至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：
[0040]
上述处理器与上述存储器通过上述数据总线完成相互间的通信；上述存储器存储有可被上述处理器执行的程序指令，上述处理器调用上述程序指令以执行上述的方法。
[0041]
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，上述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，上述计算机程序使计算机执行上述的方法。
[0042]
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0043]
本发明实施例提供一种3d打印机稳定控制方法，上述3d打印机包括上位机、打印支架、主控系统、电机控制系统、步进电机、温度控制系统、热床、喷头控制系统和喷头，通过建立三维模型，将完整的三维模型进行切片生成切片文件传输至上位机；在打印支架上安装机械辅助组件后调平3d打印机；将步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200；通过温度控制系统对喷头和热床加热至预设温度范围内；当喷头和热床位于预设温度范围后，主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头控制系统，电机控制系统驱动步进电机进而使喷头在x轴、y轴、z轴移动，待移动到目标位置后，喷头控制系统驱动喷头进行打印。
[0044]
通过设置安装机械辅助组件对打印支架进行稳定和调平，增加打印稳定性，通过设置步进电机的芯片减少了步进电机的振动对打印精度的影响，提高的控制精度，通过温度控制系统对喷头和热床加热至预设温度范围内，进一步增加了打印的稳定性。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0046]
图1为本发明一种3d打印机稳定控制方法一实施例的流程图；
[0047]
图2为本发明一种3d打印机稳定控制方法一实施例的流程图；
[0048]
图3为现有技术打印支架的结构示意图；
[0049]
图4为本发明一种3d打印机稳定控制方法一实施例中打印支架的结构示意图；
[0050]
图5为本发明一种3d打印机稳定控制方法一实施例中打印支架的结构示意图；
[0051]
图6为本发明一种3d打印机稳定控制方法一实施例中稳定组件和滑轨的结构示意图；
[0052]
图7为本发明一种3d打印机稳定控制方法一实施例的流程图；
[0053]
图8为本发明一种3d打印机稳定控制系统一实施例的架构图；
[0054]
图9为本发明一种电子设备。
[0055]
图标：1、打印支架；2、底座；3、支撑部；4、滑轨；5、打印平台；6、喷头；7、稳定组件；8、导向轨；9、稳定调节杆；10、滑块；11、转轴；12、建模模块；13、辅助模块；14、设置模块；15、加热模块；16、驱动模块；17、打印模块；18、处理器；19、存储器；20、数据总线。
具体实施方式
[0056]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0057]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作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。
[0058]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0059]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，也可以通过其它的方式实现。系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本技术的多个实施例的系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0060]
另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0061]
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备，可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等，执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0062]
在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
[0063]
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0064]
实施例
[0065]
3d打印机包括上位机、打印支架1、主控系统、电机控制系统、步进电机、温度控制系统、热床、喷头6控制系统和喷头6，经过长期的研究和实际，本技术的发明人发现，现有技术中3d打印时，打印支架1在使用时稳定性较差，喷头6在移动过程中容易发生晃动，影响打印质量。进一步的，步进电机在工作时，其振动幅度大也会影响打印精度。鉴于此，本实施例提供一种3d打印机稳定控制方法。
[0066]
请参照图1，上述方法包括：
[0067]
s1：建立三维模型，将完整的三维模型进行切片生成切片文件传输至上位机；
[0068]
该步骤采用成熟的现有技术，利用三维软件建立三维模型，并将建立好的三维模型进行切片生成切片文件，将切片文件通过数据总线20传输给主控系统。
[0069]
s2：在打印支架1上安装机械辅助组件后调平3d打印机；
[0070]
该步骤中，考虑到3d打印时，喷头6会按照程序在x轴、y轴、z轴移动，并把产品一层层造出来，而喷头6在移动过程中容易发生晃动，影响打印质量。因此，打印支架1上安装机械辅助组件后调平3d打印机，可以增加打印精度。
[0071]
请参照图2，具体的，上述在打印支架1上安装机械辅助组件后调平3d打印机的步骤具体包括：
[0072]
s2-1：在打印支架1的滑轨4装配导向稳定组件7；
[0073]
该步骤装配导向稳定组件7增加喷头6在移动过程的稳定性。
[0074]
s2-2：在打印支架1的底部装配调平组件；
[0075]
该步骤装配调平组件便于调平3d打印机。
[0076]
s2-3：装配完成后通过调平组件对3d打印机进行调平。
[0077]
示例性的，请参考图3，图3为现有技术的打印支架1，现有技术中，打印支架1包括底座2和支撑部3，上述底座2上和支撑部3都设置滑轨4，上述底座2上的滑轨4安装打印平台5，支撑部3的滑轨4上安装喷头6，打印平台5和喷头6在滑轨4上滑动以实现层层打印，但是在实践过程中，打印支架1在使用时稳定性较差，喷头6在移动过程中容易发生晃动，影响打印质量。鉴于此，本实施例提供导向稳定组件7。
[0078]
请参考图4-6，上述导向稳定组件7包括导向轨8、稳定调节杆9、滑块10和转轴11；上述导向轨8可拆卸安装于上述滑轨4的中部，并与滑轨4垂直设置，使得导向轨8与滑轨4呈十字型，上述导向轨8靠近滑轨4的一侧设置有滑槽，上述滑槽内安装滑块10，上述稳定调节杆9的两端分别通过上述转轴11与上述滑块10转动连接。使用时，通过紧固件将导向轨8安装于上述滑轨4的中部，使得导向轨8与滑轨4呈十字型，导向轨8和上述滑轨4分配设置滑块10，滑块10连接转轴11，滑轨4上的转轴11连接喷头6，稳定调节杆9设有两根，任一稳定调节杆9的一端均与滑轨4上的转轴11转动连接，另一端分别与导向轨8上的转轴11转动连接，这样，当喷头6移动时，带动稳定调节杆9移动，形成两个三角形，增加喷头6移动的稳定性。
[0079]
s3：将步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200；
[0080]
该步骤中，考虑到，步进电机振动影响打印的精度，因此对步进电机的步距角进行细分，步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200。示例性的，步进电机的芯片为a4988.
[0081]
s4：通过温度控制系统对喷头6和热床加热至预设温度范围内；
[0082]
该步骤中，考虑到打印是需要保证喷头6和热床温度在合适范围内才能精准打印，热床温度控制在105-115
°
，喷头6温度在210-240度。
[0083]
请参照图7，示例性的，上述通过温度控制系统对喷头6和热床加热至预设温度范围内的步骤包括：
[0084]
s4-1：在喷头6和热床设置热敏电阻；
[0085]
s4-2：利用加热件对喷头6和热床进行加热，热敏电阻的温度升高后其两端的电压发生变化，变化的电压输入至温度控制系统中控制板，并通过模数转换模块转变为数字信号，待喷头6和热床达到预设温度后停止加热。
[0086]
进一步的，还包括：
[0087]
基于模糊pid控制算法控制喷头6和热床的温度在预设范围内工作。
[0088]
具体的：将pid参数调原则调整为：
[0089][0090]
其中，e(k)为pid系统误差，e(i)为pid系统误差变化量，k
p
为比例作用系数，ki为积分作用系数，kd为微分作用系数；通过对控制量e和ec两个参数进行不间断的检测，pid系统根据模糊控制原理对k
p
、ki、kd三个参数进行在线调整，得到对应的规则表，利用simulink仿真出相应曲线，通过与原pid控制相应曲线进行比较，模糊pid控制喷头6和热床的温度在预设范围内工作。通过模糊pid控制算法，喷头6和热床的温度上升更快，抗干扰能力强，系统稳定性好。
[0091]
s5：当喷头6和热床位于预设温度范围后，主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头6控制系统；
[0092]
该步骤中，喷头6和热床位于预设温度范围后开始工作，可以增加打印精度。主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头6控制系统采用成熟的现有技术即可，在此不作过多阐述。
[0093]
s6：电机控制系统驱动步进电机进而使喷头6在x轴、y轴、z轴移动，待移动到目标位置后，喷头6控制系统驱动喷头6进行打印。
[0094]
通过设置安装机械辅助组件对打印支架1进行稳定和调平，增加打印稳定性，通过设置步进电机的芯片减少了步进电机的振动对打印精度的影响，提高的控制精度，通过温度控制系统对喷头6和热床加热至预设温度范围内，进一步增加了打印的稳定性。
[0095]
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
[0096]
在主控系统的io控制电路的输侧设置光耦合电路隔离干扰信号。
[0097]
该步骤中，可以避免外界电路对主控系统的io控制电路进行干扰。
[0098]
进一步的，还包括设置逻辑电平转换芯片向光耦合电路和io控制电路提供对应的工作电压。
[0099]
该步骤中，逻辑电平转换芯片可以可以对光耦合电路和io控制电路供电。
[0100]
请参照图8，第二方面，本发明实施例提供一种3d打印机稳定控制系统，包括：
[0101]
建模模块12：用于建立三维模型，将完整的三维模型进行切片生成切片文件传输至上位机；
[0102]
辅助模块13：用于在打印支架1上安装机械辅助组件后调平3d打印机；
[0103]
设置模块14：用于将步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200；
[0104]
加热模块15：用于通过温度控制系统对喷头6和热床加热至预设温度范围内；
[0105]
驱动模块16：用于当喷头6和热床位于预设温度范围后，主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头6控制系统；
[0106]
打印模块17：用于电机控制系统驱动步进电机进而使喷头6在x轴、y轴、z轴移动，待移动到目标位置后，喷头6控制系统驱动喷头6进行打印。
[0107]
该系统实施例的具体实施方式请参考上述方法实施例，在此不作过多阐述。
[0108]
请参照图9，第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
[0109]
至少一个处理器18、至少一个存储器19和数据总线20；其中：
[0110]
上述处理器18与上述存储器19通过上述数据总线20完成相互间的通信；上述存储器19存储有可被上述处理器18执行的程序指令，上述处理器18调用上述程序指令以执行上述的方法。例如执行：上述步骤s1-s6。
[0111]
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，上述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，上述计算机程序使计算机执行上述的方法。例如执行：上述步骤s1-s6。
[0112]
综上，本发明实施例提供一种3d打印机稳定控制方法，上述3d打印机包括上位机、打印支架1、主控系统、电机控制系统、步进电机、温度控制系统、热床、喷头6控制系统和喷头6，通过建立三维模型，将完整的三维模型进行切片生成切片文件传输至上位机；在打印支架1上安装机械辅助组件后调平3d打印机；将步进电机的芯片设置为1/16驱动细分，使得步进电机的步距角为0.1125
°
，旋转一周所需要的的脉冲个数为3200；通过温度控制系统对喷头6和热床加热至预设温度范围内；当喷头6和热床位于预设温度范围后，主控系统根据上位机的切片文件控制电机控制系统和喷头6控制系统，电机控制系统驱动步进电机进而使喷头6在x轴、y轴、z轴移动，待移动到目标位置后，喷头6控制系统驱动喷头6进行打印。通过设置安装机械辅助组件对打印支架1进行稳定和调平，增加打印稳定性，通过设置步进电机的芯片减少了步进电机的振动对打印精度的影响，提高的控制精度，通过温度控制系统对喷头6和热床加热至预设温度范围内，进一步增加了打印的稳定性。
[0113]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0114]
对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。