[发明专利]连续协同的熔融沉积3D打印系统及方法

说明书

本发明公开了一种连续协同的熔融沉积3D打印系统及方法，包括上位机和分布式3D打印机组，分布式3D打印机组包括多台大小、功能和分工不同的3D打印机，上位机负责协同控制，3D打印机负责熔融沉积3D打印成型，分布式3D打印机组中的每台3D打印机均与上位机相连，特定的协同打印安排和控制指令从上位机发送到特定的3D打印机中，3D打印机接收所述特定的指令并按指令执行打印任务，打印精度、进度信息、故障情况实时反馈到上位机中，上位机处理信息并将处理后的指令发送到各个打印机，循环往复，形成连续协同效应。

技术领域

本发明涉及一种连续协同的熔融沉积3D打印系统及方法，用于3D打印(增材制造)领域。

背景技术

熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，简称FDM)是一种典型的直观、安全、环保、可操作性强的3D打印技术。FDM3D打印采用可加热的喷头，使半流动状态的材料流体按打印目标分层数据控制的路径挤压出来，并在指定的位置沉积、凝固成型，这样逐层沉积、凝固后形成整个原型(打印件)。FDM3D打印技术在教育培训、艺术创意、工业产品概念设计等领域得到了很好的应用。

然而，FDM3D打印技术目前仍然存在以下不足：(1)打印速度慢，每小时成型低于100克，难以适应工业化生产；(2)打印尺寸小，很难打印1.5米以上的大型物体；(3)成型效率低，难以完成大批量定制生产。

另外，传统的大型物体的成型方法一般有机械加工和模具成型两种。机械加工时间长，浪费大；模具成型通过开模的方法进行浇铸或者模塑成型，开模周期长，产品重量大，复杂结构和细节特征无法成型。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种连续协同的熔融沉积(Continuous and Synergetic Fused Deposition Modeling，简称CSFDM)3D打印系统及方法。本发明由负责协同控制的上位机和负责熔融沉积3D打印成型的分布式3D打印机组组成，特定的协同打印安排和控制指令从所述上位机发送到特定的3D打印机中执行打印任务，打印精度、进度信息、故障情况实时反馈到所述上位机中，上位机处理信息并将处理后的指令发送到各个打印机，形成连续协同效应，可以快速批量打印大型物品，实现熔融沉积3D打印的工业化大批量生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种连续协同的熔融沉积3D打印系统，包括上位机和分布式3D打印机组，分布式3D打印机组包括多台大小、功能和分工不同的3D打印机，上位机负责协同控制，3D打印机负责熔融沉积3D打印成型，分布式3D打印机组中的每台3D打印机均与上位机相连，特定的协同打印安排和控制指令从上位机发送到特定的3D打印机中，3D打印机接收所述特定的指令并按指令执行打印任务，打印精度、进度信息、故障情况实时反馈到上位机中，上位机处理信息并将处理后的指令发送到各个打印机，循环往复，形成连续协同效应。

所述的连续协同的熔融沉积3D打印系统，所述的上位机为计算机或工业控制计算机，上位机对打印目标及其打印过程进行分析、模拟和优化，得到能够协同打印完成的打印目标分块及打印工艺安排。

所述的连续协同的熔融沉积3D打印系统，对打印目标及其打印过程进行分析、模拟和优化的方法为：第一步，分析打印目标整体及各个区域的性能要求、精度要求、材料要求、表面质量、细节特征和最小尺寸；第二步，生成打印代码和程序，获得打印工艺安排，在上位机中对3D打印过程进行模拟；第三步，在满足打印目标整体及各个区域的性能和品质要求的情况下以打印时间最少作为优化目标对第二步中的打印工艺进行优化；第四步，根据第三步的优化结果对打印目标进行分块，分块的原则是分块数量最少、总体打印时间最短、各分块的打印质量均满足性能和品质要求、各分块的打印工艺在时间上能够协同完成；第五步，重复进行上述第一步至第四步，根据品质和速度的平衡获得最佳分块方案和每个分块的最佳打印工艺安排。