[发明专利]能实现精密打印的堆叠式多彩三维立体打印机的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于一种堆叠式三维打印机，具体是一种能实现精密打印的堆叠式多彩三维立体打印机的控制系统。

背景技术

公知技术中堆叠式三维立体打印机的打印程序是在惠普喷墨打印机打印程序的基础上开发而来，在堆叠式三维立体打印过程中打印程序默认打印材料是液态流动的，只需要给出每个打印头的关闭和给进指令，只有在工件打印结束时才给出全部打印头关闭加热电源的指令。因此，在堆叠式三维立体打印机当中加热器系统是一个分立的系统模块，由三部分组成：加热器，温度传感器，加热控制电路。温度传感器单元，开关单元，见图1，运算器单元又是加热控制电路的组成部分。公知技术的加热系统中各模块之间的控制连接顺序是：当打印指令从主计算系统输出到加热系统的运算器输入端，加热系统控制程序运行，加热分系统运算器单元输出触发电平到开关单元，开关导通使加热器单元工作。加热器单元和温度传感器单元设置在受热单元上。温度传感器单元将受热单元上的温度转换成电信号反馈至加热分系统运算器单元。完成整个加热系统控制回路的程序运行。加热系统控制程序运行的质量由软件和硬件质量指标共同实现。

见图1，在多头堆叠式三维立体打印机中当X、Y、Z轴步进控制速度和精度实现后打印头的温度控制则是打印质量最后的一项关键技术。双头三维立体打印机两个打印头加热控制回路分布设置在主板上的不同位置，器件位置和布线长度不同，因此回路中信号传递路径长度不相等，两套加热控制回路中存在信号传递的时序差。两个加热器开关器件也是封装在主板上的不同位置。在加热控制系统中开关单元，温度传感器单元，加热器单元无故障时，两个加热系统完成加热的时间不同，完成加热的质量不同。反映在打印工件上会看到直边上的分层呈现出一层长，另一层短；一层宽，另一层窄。且层间熔融不牢靠，工件的机械强度不够。如果设置成双头分别打印两个设计相同的工件时就会看到打印出的两个工件之间形状和质量差异。这是现有的堆叠式双头三维立体打印机存在的技术和质量上的缺陷。

在现有技术中控制加热方法是延长或缩短加热器供电时间。控制加热器供电时间的指令电平由运算器模块实现并加载到场效应管(或可控硅、晶闸管)触发极，使场效应管产生导通或截止的开关动作。总电源送来的加热电压电流不变，加热温度低时场效应管的截止关断动作时间长于加热器供电时间，反之加热温度高。保持加热温度灵敏度时需要场效应管被触发时的开关动作响应频率指标，保持加热速度和强度时需要场效应管在导通状态时的电压电流指标。如果场效应管内部PN结间内阻增高则导通时通过的电压电流就会变小。

现有的堆叠式三维立体打印机的打印头（见图2），带进丝口xk的送丝泵xe连接进丝导xq管，进丝导管xq通过法兰盘xi连接喷嘴xj，在法兰盘xi上设置加热器xl和温度传感器xt。在现有的堆叠式三维立体打印机打印过程中断丝是常见的故障，有人分析认为是因不锈钢进丝导管受热不散，使塑料丝软化无力进入喷咀xj加热腔所致。其实此故障根本原因在于导致加热速度下降产生热能的漫散射，使不锈钢进丝导管xq受热的加热器xl和开关模块之一或两者内阻增高所致，在MK8打印头上使用的内阻式陶瓷加热器内阻超过20?±1时加热效率和加热响应频率明显下降，即加热速度和启动关闭反应变慢。无法满足PLA料丝在加速度3,000(毫米/ s 2)给进时所需190℃熔融的热量消耗，导致PLA料丝无法顺畅熔出，送丝动作和打印动作空驶。断丝造成打印断层，使打印失败。以往如果通过排除法找出是开关组件的故障，也因不易更换只好报废整块主板。

在A、B双头三维立体打印机中，B电路中固态继电器内阻升高与另一个发生不匹配现象时，B电路中通过电压电流会下降，直接导致B电路末端的加热器加热功率不足，加热时间延长，熔丝质量变坏，直至塑料丝无法熔出。造成打印A、B色层之间乱层或断层，使打印失败。

现有的堆叠式双头或多头三维立体打印机中使用的打印头都为单色。一种彩色三维立体打印机技术采用彩色胶水作为打印墨水在石膏粉中喷墨打印粘结成型出彩色工件。其缺点是色彩会被石膏粉的白色基准差异形成色差，而石膏粉的机械强度较远低于工程塑料，因此无法在工程器件及其他应用领域中使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能实现精密打印的堆叠式多彩三维立体打印机的控制系统，能实现高精度打印质量及多彩三维立体彩色工件。