[发明专利]一种3D快速成型打印系统及方法

说明书

技术领域

 本发明涉及快速原型制造领域，特别涉及一种3D快速成型打印系统及方法，实现了对任意电脑端3D模型的快速、无缝制造。

背景技术

3D打印机，英文“3D Printers”，3D 打印这个名称是近年来该产品针对民用市场而出现的一个新词，是通俗叫法，其实在专业领域它有其它学术名称“快速成形技术”(及“快速原型制造技术”、“增量制造技术”、“增材制造技术”)。

 快速成形技术(又称快速原型制造技术 Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。

3D打印机的原理：3D 打印机可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。每个截面数据相当于医学上的一张CT 像片；整个制造过程可以比喻为一个积分的过程。当然，整个过程是在电脑的控制下，由3D打印机系统自动完成的。

目前的打印机技术中，控制打印机X，Y，Z方向运动的步进电机只有控制信号，无法保证步进电机运动的位置精度，因此在打印过程中，某个打印层容易产生位置错误，导致3D模型尺寸不够精准，并且3D模型和打印底板容易产生相对运动，从而引起打印错误。

发明内容

本发明的目的是：为了解决上述现有技术中的技术问题，提供一种3D快速成型打印系统及方法，本发明采用“增量制造”的方法，即在打印底板上逐层建立模型，实现了快速制造，可以完成任意模型的加工。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种3D快速成型打印系统，包括：安装有控制单元的PC端、挤出机1、具有加热功能的打印底板2、控制打印底板2运动的伺服电机、运动控制单元3；所述挤出机1位于机体工作区顶部打印底板2上方；所述伺服电机与打印底板2位于机体工作区底部挤出机1下方；所述运动控制单元3为嵌入式芯片组，芯片内包含执行控制任务的任务模块，所述运动控制单元位于机体工作区下方的芯片组插槽内；所述挤出机1、伺服电机、打印底板2分别与运动控制单元3电连接，所述运动控制单元3与PC端电连接。

其中，所述控制单元包括：用于显示3D模型的显示模块、用于3D模型切片的逐层切片模块、用于存储切片数据的存储模块、用于将切片数据转换成目标代码的目标代码转换模块；所述显示模块通过导入或者打开方式在该模块内显示3D模型；逐层切片模块按照用户设定的层厚度，对3D模型进行从下到上的逐层切片，即在Z方向将整个模型分割成厚度相同的切片数据；然后将每一个切片数据独立地存储在存储模块中，目标代码转换模块将每层切片数据从存储模块取出，分解成逐个目标点的空闲位置坐标的信息，采用最短路径算法将这些空间坐标进行连接，获得完整的闭环路径，最后将路径转换成控制3D快速成型打印系统运动的目标代码。

其中，所述挤出机1用于将打印原料加热并通过挤压的方式输出，包括：进料孔9、容纳定量原料的加热腔体8、打印喷头12、电机、测温控制器13；所述电机和加热腔体8位于机体内部，所述加热腔体8一端连接挤出机上端的进料孔9，另一端连接挤出机下端的打印喷头12；所述测温控制器13设置在加热腔体8附近。

其中，所述电机包括进料电机10、原料供给电机11，所述进料电机10安装在进料孔9附近控制原料的输送，所述原料供给电机11安装在打印喷头12附近控制原料的输出速率。

其中，所述伺服电机包括： X向伺服电机4、Y向伺服电机5、Z向伺服电机6，上述三者分别控制打印底板2的X、Y、Z方向的运动。