[发明专利]一种基于工位变换的五轴3d打印系统及其打印方法

说明书

本发明公开了一种基于工位变换的五轴3d打印系统及其打印方法，打印策略部分包括模型预处理、打印排序策略、基于模型配准的G代码后处理三部分，不仅可以直接利用Arduino控制板的开源软件，还大大简化了软件系统。再成功的解决了五轴FDM打印装置的控制系统研发难度大，周期长的缺点的基础上，还为五轴3d打印的切片生成G代码提供一种有效的方法，使得五轴3d打印能够成功的实现。

技术领域

本发明涉及一种基于工位变换的五轴3d打印策略及其控制方法，属于3D打印技术领域。

背景技术

基于熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的3D打印技术是3D打印领域的传统打印技术之一，因其采用熔融状态的打印材料逐层堆积成型的原理简单而且易于实现而受到广大设备开发者和用户的欢迎，可以适用的打印各种实物模型和工艺品。但是目前市场上的FDM打印机采用的是两轴半的成型工艺，即X轴和Y轴联动，竖直轴Z做阶段性进给。这种成型装置和工艺在打印复杂工件时需要添加大量的工件以外的支撑，去除支撑不仅耗费大量工时而且影响工件质量。意识到这一缺陷，目前已经有装置把喷头连接在多自由度机械臂上，这种装置的缺陷是当喷头与竖直轴Z不平行时，液态打印材料容易流动进而影响工件质量。也有装置把打印工作台安装在机械臂上，从液态材料流动的角度来说，这种装置比前一种装置的打印效果好，但是机械臂的定位精度通常没有丝杠-滑台装置的定位精度高。因此，基于传统的五轴铣削设备而设计的五轴FDM打印机具有广阔的应用前景。五轴FDM打印机的控制系统是重要组成部分，也是最具有研发难度的部分，特别是研发烧制于电路板的控制软件。

目前的Arduino控制板提供开源的控制软件，可以节省很多研发成本。但是，现有市场上的Arduino控制板的通信串口和提供的配套软件能够驱动的电机数不足以五轴FDM打印机机械系统的需要。因此，本发明基于现有五轴FDM打印机机械系统的驱动需求和现有市场上的Arduino控制板的特点提出了采用两个Arduino控制板驱动五轴FDM打印机机械系统的方案。

当前市场上可用的3D打印切片软层出不穷，切片各有其特点，但是都是基于3轴的fdm3d打印过程的，市面上还没有五轴的fdm3d打印切片软件，所以严重限制了五轴3d打印机的发展。本专利通过对现有3轴切片软件和我们自己开发的软件的集成，能够很好的解决基于工位变换的五轴fdm3d打印机的切片生成G代码的问题，为基于工位变换的五轴fdm打印G代码的生成提供了一种高效便捷的解决方案，极大的减少了软件的研发成本和开发周期。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于工位变换的五轴3d打印策略及其控制方法，解决了五轴FDM打印装置的控制系统研发难度大，周期长的缺点的基础上，还为五轴3d打印的切片生成G代码提供一种有效的方法，使得五轴3d打印能够成功的实现。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于工位变换的五轴3D打印控制系统，其特征是，包括上位计算机、ArduinoMega2560控制板I、Arduino UNO控制板II、温度控制模块、限位模块和若干步进电机驱动器；所述上位计算机通过两个USB端口分别连接ArduinoMega2560控制板I和Arduino UNO控制板II；所述Arduino Mega2560控制板I连接四个步进电机驱动器，分别驱动X，Y，Z三个运动方向的步进电机和挤丝头电机；所述Arduino Mega2560控制板I还连接温度控制模块和限位模块，温度控制模块用于实现热床和喷头的温度控制，限位模块用于对X、Y、Z轴运动的位置进行限制；所述Arduino电路板II连接两个步进电机驱动器，分别驱动A、C两个运动轴的电机；所述Arduino电路板II还连接两个限位开关，实现A、C轴转动极限位置的确定。

一种基于工位变换的五轴3d打印策略及其控制方法的打印方法，其特征是，包括如下步骤：

1)对模型进行预处理；