[发明专利]一种FDM3D打印机及其自动调平打印方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及3d打印平台调平技术领域，特别是涉及一种FDM3D打印机及其自动调平打印方法和系统。

背景技术

目前，FDM 3D打印机在搬运过程中会造成固定打印平台的几个螺丝松紧不一，导致打印平台与打印头运动平面不平行。若在这种情况下进行打印，将会影响打印质量，甚至损坏打印头。为了避免上述现象的发生，在安放好FDM 3D打印机后，须事先对打印平台进行调平，方可进行打印。

现有的调平的方式大体分为以下3种：

1、通过使用者手动依次调节几个固定打印平台的螺丝松紧度进行调平。这种调平方式需要凭借使用者的丰富经验才能够达到要求。且耗时耗力，非常繁琐；

2、改变机械结构，通过在打印平台安装电机进行自动调平。这种调平方式虽然对使用者的使用经验要求降低且省去了繁琐的手动调试环节，但机械成本高昂，故不实用；

3、不改变机械结构，仅改变电气结构，在挤出头附近固定能够测量挤出头与打印平台距离的接近传感器或光电传感器。在打印之前通过测量挤出头在X-Y水平坐标的几个给定点与打印平台的垂直距离作为输入变量，纳入控制底层软件的一套补偿算法中进行位置补偿调平。在打印过程中，由于纳入了一套算法，使得打印每一层的运动平面作适当倾斜，刚好倾斜到与当前的打印平台平行。

由于上述第3种方法机械结构基本无须改动，电气部分只须进行少量改动，因而机械成本与电子成本低廉，在实施起来具有很大的可行性。

目前，利用上述第3种方法实现的自动调平设备，如中国专利CN 105014958 A公开了一种3D打印机及其自动调平方法，其装置包括设置在3D打印机的打印机构同表面上的喷头、接近传感器，以及设置在3D打印机内与所述打印机构相连的一控制器；还公开了一种3D打印机自动调平方法，包括：(1)接收所述接近传感器传送的第一检测信号，控制打印平台停止上升；(2)控制所述接近传感器检测打印平台上多个预设检测点，获取相应多个第二检测信号；(3)根据每一第二检测信号获取相应检测点在以3D打印机的X、Y、Z轴为指定方向建立的空间直角坐标系中的空间坐标，获取打印平台倾斜角度和方向；(4)调整打印机构移动线路，实现自动调平。进一步地，还公开了采用最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合，获取平面方程，进而获取打印平台倾斜角度和方向。但它仍然存在以下不足：

1、传感器需要对打印平台的多个预设检测点进行检测，获取多个检测信号，导致传感器采点过多，处理的过程耗时较长；

2、采用最小二乘法对每一检测点所对应的空间坐标进行空间平面拟合，获取平面方程，进而获取打印平台倾斜角度和方向，算法不够精准，甚至没有纳入一套完整的算法；

3、空间坐标点经过修正后没有纳入两个相邻空间坐标点的路径平滑补偿算法，导致打印的质量不好。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明目的在于提出一种FDM3D打印机及其自动调平打印方法和系统，以解决上述现有技术存在的传感器采点过多，处理耗时长，算法精准度不够，没有平滑优化的技术问题。

为此，本发明提出一种FDM3D打印机的自动调平打印方法，包括以下步骤：

a、采集打印平台上3个点的坐标；

b、通过所述3个点的坐标确定打印平台所在平面的法向量；

c、通过所述打印平台所在平面的法向量与水平面的单位法向量计算两者的夹角向量；

d、缓存GCODE文件并提取GCODE文件中点的三维坐标；

e、根据所述夹角向量计算出所述GCODE文件中所述三维坐标的修正系数矩阵；

f、将所述GCODE文件中点的三维坐标乘以所述修正系数矩阵后得到新的坐标，对该新的坐标进行坐标解码实现坐标补偿；

g、将所述实现坐标补偿后的坐标输出进行打印。

优选地，本发明的打印方法还可以具有如下技术特征：

还包括对打印路径进行平滑优化的步骤。

步骤a中，包括获取一水平面上任意3个点的三维坐标，将所述3个点投影到打印平台所在平面上获得对应的3个投影点的三维坐标。

步骤d中，所述提取GCODE文件中点的三维坐标是提取预生成的GCODE命令中至少一个点的三维坐标。

步骤e中，通过角度换算公式计算得到所述修正系数矩阵。