閉環控制熔融沉積成型高速3d列印的製造方法
2023-09-17 03:05:30
閉環控制熔融沉積成型高速3d列印的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機及閉環控制方法，屬於3D列印【技術領域】。所述3D印表機包括：機框；列印行走機構，連接於所述的機框，所述的列印行走機構為具有相互垂直的X軸與Y軸的十字形列印行走機構；光柵模塊，固定於所述的機框和列印行走機構；以及X軸光柵尺，固定於所述的機框，並平行於所述的X軸；Y軸光柵尺，固定於所述的機框，並平行於所述的Y軸；所述X和/或Y軸光柵尺的至少一端通過一光柵微調器固定至所述機框，所述光柵微調器包括一固定塊和一調節塊：所述固定塊固定設置於所述機框上；所述調節塊與所述固定塊可動連接，所述調節塊進一步具有一用於容納所述光柵尺的插槽。
【專利說明】閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及3D列印【技術領域】，特別涉及3D印表機結構及3D列印控制方法技 術領域，具體是指一種閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機及閉環控制方法。
【背景技術】
[0002] 恪融沉積成型法（FDM，Fused Deposition Modeling)是一種3D列印常用的工藝。 這種方法是通過XY行走機構控制的加熱頭，按照零件三維模型每一預設厚度切片層數據 的輪廓及填充軌跡，擠出熔化的絲狀材料，如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲於基板或已固化 的材料上，從而使熔化的材料沉積固化，這樣逐層生成出所需要的零件。
[0003] 現有的採用熔融沉積成型法的3D印表機，其缺點在於，帶動噴頭的運動機構由於 結構或控制等關係，會產生一定的誤差，在應用於高精度要求的產品列印時，就難以滿足相 關的技術要求。
[0004] 光柵電子細分技術的實現機構包括光柵尺和光柵讀取器，其工作原理是基於物理 學的莫爾條紋原理，如圖1所示。當光柵讀取器上的線紋與光柵尺上的線紋成某個很小的 角度Θ時，兩個光柵上的線紋會互相交叉。在平行光的照射下，可以看到與光柵線紋垂直、 明暗相間的條紋就是莫爾條紋。
[0005] 圖1中，W為莫爾條紋的寬度，d為光柵的柵距，則有以下幾何關係：
[0006] W = -^- sin Θ
[0007] 當Θ很小時，取sin θ ~ Θ，上式可近似寫成：
[0008] W =- Θ
[0009] 若取d = 0. 01mm，Θ = 〇. Olrad，則由上式可得W = 1_，可見，利用莫爾條紋原 理，能把細小的光柵距轉換成為放大了 100倍的莫爾條紋的寬度。
[0010] 當兩個光柵連續發生相對移動時，莫爾條紋會沿著與光柵垂直的方向移動。兩光 柵相對移動一個柵距d，莫爾條紋便相應移動一個莫爾條紋寬度W。當兩光柵尺相對移動的 方向改變時，莫爾條紋移動的方向也隨之改變。
[0011] 根據莫爾條紋原理，當光源為平行光時，通過莫爾條紋的光強度為餘弦函數。若在 光柵讀取器的莫爾條紋移動方向上，選擇兩個通光窗口 A和B，則可以得到如圖2所示的兩 個相位相差90度的餘弦函數變化波形。
[0012] 在光柵讀取器中，採用光敏元件將光強度信號轉化為電信號，並將餘弦信號轉換 為脈衝信號，則可以得到如圖2所示的兩組相位差為90度的脈衝信號。運動控制系統可以 通過檢測A、B相的脈衝信號，來得到兩光柵的真實相對位移和方向。
[0013] 在之前的實用新型專利申請CN201310330304.X中，上述光柵尺被用在控制熔融 沉積成型高速3D印表機中，以提高其列印精度，實現閉環控制。但實際使用中發現，X軸和 Y軸光柵尺在安裝時很難保持垂直，兩者的垂直度稍有偏差便會影響到列印精度。因此如何 保證X軸和Y軸光柵尺的垂直，是亟待解決的問題。 實用新型內容
[0014] 本實用新型的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種利用光柵技術，提 高列印精度，能夠滿足高精度列印的技術要求，且結構相對簡單，成本低廉，實現方式簡單， 應用範圍相當廣泛的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機及閉環控制方法。
[0015] 為了實現上述的目的，本實用新型的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機具有 如下構成：
[0016] 機框；
[0017] 列印行走機構，連接於所述的機框，所述的列印行走機構為具有相互垂直的X軸 與Y軸的十字形列印行走機構；
[0018] 光柵模塊，固定於所述的機框和列印行走機構；以及
[0019] X軸光柵尺，固定於所述的機框，並平行於所述的X軸；
[0020] Y軸光柵尺，固定於所述的機框，並平行於所述的Y軸；
[0021] 所述X和/或Y軸光柵尺的至少一端通過一光柵微調器固定至所述機框，所述光 柵微調器包括一固定塊和一調節塊：
[0022] 所述固定塊固定設置於所述機框上；
[0023] 所述調節塊與所述固定塊可動連接，所述調節塊進一步具有一用於容納所述光柵 尺的插槽。
[0024] 該閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機中，進一步包括：擠出噴頭，連接於所述 的列印行走機構；驅動模塊，連接並驅動所述的列印行走機構；控制模塊，用於根據設定的 列印數據控制所述的驅動模塊，並根據所述的擠出噴頭的實際位移與所述的列印數據之間 的誤差進行補償控制。
[0025] 該閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機中，所述調節塊進一步是設置在所述固 定塊的一螺孔內，並通過一個一字槽來調節彼此之間的相對位置。
[0026] 該閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機中，一擠出噴頭連接於所述的列印行走 機構，並固定於所述的X軸與Y軸相交的位置並可在所述的驅動模塊的控制下沿所述的X 軸和Y軸移動。
[0027] 該閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機中，所述的光柵模塊包括：X軸光柵讀取 器，固定於所述的Y軸上靠近所述的X軸光柵尺的一端，並可隨所述Y軸的移動沿所述的X 軸光柵尺運動，且該X軸光柵讀取器連接所述的控制模塊，用以配合所述的X軸光柵尺讀取 擠出噴頭沿X軸的位移數據；以及Y軸光柵讀取器，固定於所述的X軸上靠近所述的Y軸光 柵尺的一端，並可隨所述X軸的移動沿所述的Y軸光柵尺運動，且該Y軸光柵讀取器連接所 述的控制模塊，用以配合所述的Y軸光柵尺讀取擠出噴頭沿Y軸的位移數據。
[0028] 該閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機中，進一步包括一驅動模塊，所述驅動 模塊連接並驅動所述的列印行走機構，所述的驅動模塊包括：χ軸電機，連接所述的控制模 塊，並在控制模塊的控制下驅動所述的擠出噴頭沿所述的X軸運動；以及Y軸電機，連接所 述的控制模塊，並在控制模塊的控制下驅動所述的擠出噴頭沿所述的Y軸運動。
[0029] 該閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機中，所述的控制模塊包括補償控制單元， 所述的X軸電機和Y軸電機均為步進電機，所述的補償控制單元根據下式確定所述的X軸 步進電機和Y軸步進電機補償後的步數Ν' ：
【權利要求】
1. 一種閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其包括： 機框； 列印行走機構，連接於所述的機框，所述的列印行走機構為具有相互垂直的X軸與Y軸 的十字形列印行走機構； 光柵模塊，固定於所述的機框和列印行走機構；以及 X軸光柵尺，固定於所述的機框，並平行於所述的X軸； Y軸光柵尺，固定於所述的機框，並平行於所述的Y軸； 其特徵在於，所述X和/或Y軸光柵尺的至少一端通過一光柵微調器固定至所述機框， 所述光柵微調器包括一固定塊和一調節塊： 所述固定塊固定設置於所述機框上； 所述調節塊與所述固定塊可動連接，所述調節塊進一步具有一用於容納所述光柵尺的 插槽。
2. 根據權利要求1所述的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其特徵在於，所述調 節塊進一步是設置在所述固定塊的一螺孔內，並通過一個一字槽來調節彼此之間的相對位 置。
3. 根據權利要求1所述的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其特徵在於，進一步 包括： 擠出噴頭，連接於所述的列印行走機構； 驅動模塊，連接並驅動所述的列印行走機構，所述驅動模塊包括X軸電機以及Y軸電 機； 控制模塊，連接所述驅動模塊的X軸電機以及Y軸電機。
4. 根據權利要求3所述的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其特徵在於，所述擠 出噴頭連接於所述的列印行走機構，並固定於所述的X軸與Y軸相交的位置並可在所述的 驅動模塊的控制下沿所述的X軸和Y軸移動。
5. 根據權利要求3所述的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其特徵在於，所述的 光柵模塊包括： X軸光柵讀取器，固定於所述的Y軸上靠近所述的X軸光柵尺的一端，並可隨所述Y軸 的移動沿所述的X軸光柵尺運動，且該X軸光柵讀取器連接所述的控制模塊，用以配合所述 的X軸光柵尺讀取擠出噴頭沿X軸的位移數據；以及 Y軸光柵讀取器，固定於所述的X軸上靠近所述的Y軸光柵尺的一端，並可隨所述X軸 的移動沿所述的Y軸光柵尺運動，且該Y軸光柵讀取器連接所述的控制模塊，用以配合所述 的Y軸光柵尺讀取擠出噴頭沿Y軸的位移數據。
6. 根據權利要求3所述的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其特徵在於，所述的 列印行走機構為雙十字形列印行走機構，該雙十字形列印行走機構包括兩根平行的X軸和 兩根平行的Y軸，所述的X軸與Y軸垂直，所述的擠出噴頭固定於所述的兩根X軸與兩根Y 軸相交的位置。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的閉環控制熔融沉積成型高速3D印表機，其特 徵在於，所述的列印行走機構還包括Z軸，所述的Z軸固定於所述的機框並垂直於所述的X 軸和Y軸。
【文檔編號】B29C67/00GK204235893SQ201420415341
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】劉海川, 袁振國, 林進發 申請人:磐紋科技（上海）有限公司