[发明专利]一种三维打印机以及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维打印机以及控制方法，属于机械工具技术领域。

背景技术

三维打印技术是快速成型制造技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可粘合材料，将一定厚度的材料逐层反复打印在平台上，循环往复，直到生成整个成型件。其工艺工程是先利用三维造型软件创建三维实体造型，再将设计出的实体造型通过快速成型设备的处理软件进行“分区”成逐层的截面切片，然后将处理过的数据输入设备进行制造，最后还需要进行一定的后处理以得到最终的成品。国内开发的三维立体打印快速成型设备一般设置可升降的工作台，喷嘴活动连接在工作台上，根据需要控制喷嘴的运动，由于工作台采用支架结构，喷嘴的位置调整，一般通过步进电机牵引同步带，同步带拉动丝杠转动来带动喷嘴移动，这种开环控制加上机构间隙等因素，并不能使喷嘴位置具有较高精度，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种三维打印机以及控制方法，解决现有技术的三维打印机机构复杂，不能准确有效定位，无法满足高精度的三维打印要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种三维打印机，包括送料装置、机械臂装置、打印执行装置，送料装置和机械臂装置都固定在固定底板上，打印执行装置与机械臂装置的末端执行器相连接，送料装置通过保护软管与打印执行装置相连接。

进一步地，所述打印执行装置包括连接架、加热机构、散热机构、金属散热管，连接架通过第一螺钉固定在机械臂装置的末端执行器上，同时与加热机构固定连接，机械臂装置带动连接架进行运动。

进一步地，所述末端执行器中间位置设置有通孔，金属散热管一端连接有保护软管并穿过末端执行器的通孔，另一端通过连接螺柱固定在加热机构上。

进一步地，所述连接螺柱为中空外螺纹结构，一端通过螺纹配合连接金属散热管另一端通过螺纹配合连接喷嘴。

进一步地，所述机械臂装置设置有控制机构，控制机构包括控制芯片和显示屏，控制芯片根据需要打印的位置信息，控制电机旋转，进而实现调整末端执行器位姿的目的。利用机械臂控制三维打印机的喷嘴能够实现三维空间快速准确定位，并且其结构紧凑能够放置在狭窄的空间内。优选地，机械臂装置为三自由度机械臂。

进一步地，所述送料装置包括绕线盘、送丝机构，耗材丝一端缠绕在绕线盘上，另一端通过送丝机构送到打印执行装置。

进一步地，所述送丝机构包括压线盒、送料轮、压线机构，压线盒设置有凹槽，用以放置送料轮和压线机构，压线盒一端与电机相连接，电机轴穿过压线盒与送料轮固定连接。压线盒设置有不规则凹槽，根据压线机构的形状设置凹槽的形状，这样凹槽能够有效固定压线机构和送料轮。

进一步地，所述压线机构为月牙形中间位置安装有轴承，压线机构安装在压线盒凹槽内与送料轮保持一定的间隔空隙，为调节送料轮与压线机构的间隙，在压线盒靠近压线机构的一端面设置有调节螺母。压线机构通过螺栓安装在压线盒凹槽内，压线机构并不完全固定，能够相对移动，用于调整压线机构与送料轮的间隙。

进一步地，所述送料轮设置有紧定螺钉，通过拧紧紧定螺钉能够使得电机轴与送料轮同步旋转。送料轮设置有齿结构，且齿轮的中间有浅凹槽，使得耗材丝容易定位。由于送料轮是圆柱形，耗材丝一般也是圆柱形，二者之间的摩擦力比较小，因此送料轮设置带齿结构并且中间设置有浅凹槽，使得耗材丝能够在浅凹槽中穿过，防止耗材丝滑动。

一种用于三维打印机的控制方法，包括以下步骤：第10步，控制芯片对打印轮廓利用B样条曲线进行描述；第20步，喷嘴需要匀速运动，利用B样条理论知识，求出对应的下一插补点参数u值，计算公式如下所示：

Ts是采样周期，v喷嘴的运动速度，u_i为上一插补点的参数值，X’(u)为样条曲线X坐标的一阶导数，Y’(u)为样条曲线Y坐标的一阶导数，Z’(u)为样条曲线Z坐标的一阶导数，X”(u)为样条曲线X坐标的二阶导数，Y”(u)为样条曲线Y坐标的二阶导数，Z”(u)为样条曲线Z坐标的二阶导数；

第30步，根据计算出的参数u，计算下一插补点坐标，即控制芯片控制打印机喷嘴需要运动到坐标位置，插补点坐标计算公式：

其中：P₁(u)表示第1段样条曲线，p_1+i表示第1段曲线第i个控制点，u表示样条参数；