一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法及装置，方法包括以下步骤：(1)在每件三维打印耗材上安装RFID芯片，所述RFID芯片存储包含RFID芯片序列号的经过加密的复合标识数据；(2)访问所述RFID芯片的接口装置与三维打印机相连；(3)三维打印机通过所述接口装置读取复合标识数据，并进行数据解密，然后将解密出的RFID芯片序列号和实际RFID芯片的序列号进行比对，完成三维打印耗材识别；本发明的装置包括：三维打印机、三维打印耗材安装部件、RFID芯片、接口装置；本发明的优点是提供了三维打印耗材的可靠识别方法，有效地防止了伪造并使用户在耗材最优化状态下打印模型；进一步提高了打印质量并实现了一些有用的辅助功能。
【专利说明】一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法及装置，属于三维打 印耗材的识别和参数的存储、量化和使用【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 目前，传统的烙丝堆积成型（Fused Deposition Modeling FDM)三维打印机，又叫 热熔挤出式三维打印机，特别是桌面型的熔挤出式三维打印机，因为造价低廉，三维打印耗 材易得，其应用也越来越广，国内外有越来越多的厂家提供熔丝堆积成型式三维打印机和 相应的三维打印耗材。该专利主要围绕FDM类三维打印机进行说明。
[0003] 根据检索相关的传统的现有技术，熔丝堆积式三维打印机的三维打印耗材通常以 塑料丝的形式，通过卷轴载体提供。打印机将这种塑料丝通过驱动电机推入打印挤出头的 加热器熔化，然后由打印挤出头的喷嘴挤出形成细丝，该细丝离开喷嘴后会冷却固化，这个 喷嘴在计算机控制的电机下，在X，Y平面做二维运动，并在打印底板上，距离一定高度，使 得细丝可以从喷嘴挤出，并附着在底板上，按照预先设计的形状运动，构造出第一层实体形 状。然后，喷嘴在计算机控制下相对底板做垂直Z方向的位移，并在第一层的基础上构造 出第二层乃至后续多层的三维实体，最终完成通过熔化的塑料细丝构造出三维实体的打印 件。
[0004] 随着Stratasys的烙丝堆积成型（FDM)三维打印技术的专利失效，近几年涌现了 一批低成本的桌面型FDM三维打印机。这些FDM三维打印机虽然成本低，但是在实际应用 中有一系列的操作和设置问题。其中关键的一部分就是三维打印耗材参数的设置，这些参 数简单地说主要是：熔化三维打印耗材的温度、细丝挤出的速度以及细丝被挤出后的冷却 速度。这几个参数对最终打印成品的成形，精度，外观起着非常关键的作用。
[0005] 熔丝堆积成型式桌面三维打印机使用的三维打印耗材通常是正圆的塑料丝，常用 的直径规格有3mm和1. 75mm。其材料主要为ABS塑料或者PLA塑料。PLA塑料熔化后的流 动性比ABS塑料熔化后的流动性比要差，更加粘稠，更难打印出理想的三维实体，所以如何 配置好三维打印机的工作状态对于用基于PLA的三维打印耗材打印更为重要。这里三维打 印机的工作状态指三维打印机的打印温度、打印速度和冷却速度，
[0006] 熔化三维打印耗材的温度是打印挤出头的加热器温度，简称打印温度，这个温度 实际上是一个不规范的加热器温度，一方面不同三维打印机的挤出头的温度传感器安装位 置不同，使得加热器内部的实际温度与温度传感器测量的温度存在温差；另一方面加热器 形状和制做加热器的材料不同，导致即便加热器内部某些位置的温度相同，实际加热熔化 的效果也不同，所以，这个打印温度对于不同的打印机可能有不同的实际效果，它更准确说 是表示在同一台打印机或者同型号打印机上挤出头的加热程度。塑料是一种玻璃体，它没 有明确的熔点，而是在一定的温度范围内呈现可流动的状态，挤出头加热温度的设置会影 响到细丝由喷嘴挤出后的流动性，通常打印温度越高，细丝流动性越好。这个流动性对于三 维打印的影响主要在四个方面：第一方面，是底层到打印底板的附着性，较高的打印温度能 够使打印的第一层能够更加牢固地附着在打印底板上，从而为后续多层的打印提供精确稳 定的打印基础；第二方面是打印层间的结合牢固程度；第三方面是打印头在不同打印区域 间运动时拉丝的程度，温度过高，流动性太好，会使得打印头从一个打印区域移动到另一个 打印区域时（比如，打印人像时的两条腿），打印头仍然有少量塑料细丝流出，从而在打印 头运动的轨迹上拉出一条不必要的较细的丝，影响打印精度和打印实体的外观；第四方面 是在有伸出或桥接时，也就是打印细丝下方悬空或者部分悬空时，打印细丝形状的保持程 度，打印温度低，打印细丝容易凝固，形状保持的就会好些，表现是悬空部分向下塌陷的程 度较小。温度对于以上方面的作用不是唯一的，细丝挤出的速度和细丝的冷却速度也会影 响到这些效果。
[0007] 细丝挤出的速度，又叫打印速度，是指打印头（若非明确区分，打印头泛指打印挤 出头的加热器和打印挤出头的喷嘴总成）相对底板水平运动的速度。桌面级三维打印机的 打印速度通常在5mm/s至80mm/s，有个别机型可以达到100mm/s以上。其他设置不变的情 况下，打印速度快时显然需要更快的细丝挤出速度，也就需要更快地将三维打印耗材熔化。 而且，不同打印速度，三维打印耗材在加热器停留时间不同，熔化的效果不同，挤出细丝的 特性（如流动性）也会不一样。这样在其他相同条件下，例如打印温度，不同的打印速度会 影响到打印出的三维打印件的实际效果。另外，为达到稳定的细丝挤出速度，三维打印耗材 本身的尺寸精度也很重要。三维打印耗材的尺寸精度就是三维打印耗材实际的直径。举例 来说，对已1. 75mm直径规格的三维打印耗材，通常其直径误差要优于+/-0. 05mm。三维打印 耗材直径过细，在理论驱动速度下，挤出的细丝量就少，会使打印件空隙增加，降低打印质 量甚至不能成型；直径过粗，挤出细丝过多，打印材料外溢，同样影响打印质量，还会使打印 头内部压强过高，影响使用寿命。
[0008] 在三维打印过程中，熔化的细丝离开打印头喷嘴后，希望能尽快凝固，有利于保持 三维物体的形状。但是，细丝也不能凝固的太快，太快会影响打印层间的结合牢固程度。而 且，凝固速度也会影响到表面粗糙程度、打印件的内应力以及因为该内应力导致的打印件 形变。这样打印悬空部分时，往往希望细丝能尽快冷却，可以更好地保持形状；而打印正常 结构时，冷却速度通常可以放缓，来获得更好的强度和表面质量。细丝的冷却一般通过在打 印头旁边安装微型风扇，风扇通风的强度直接影响细丝的冷却速度。所以，通常将冷却风扇 的通风强度定义为冷却速度。
[0009] 由此可见，如果要取得良好的三维打印效果，需要至少打印温度、打印速度和冷却 速度这三方面参数的优化配置。同一类型的三维打印耗材，也就是基本材料相同的三维打 印耗材，因为原料厂家的多样化，还有添加剂成分的差异，其特性会有很大差别。目前的做 法是操作人员通过经验和试验，针对使用的打印机和三维打印耗材来优化和手工调整这些 参数。即便打印机的特性，如打印温度以及三维打印耗材驱动精度可以进行标准化的整定； 更换了三维打印耗材或者采购不同三维打印耗材后，使用者可能仍然面对一系列的调整， 其相对难易程度取决于用户的个体差异。
[0010] 为保证三维打印的质量，用户需要优质的三维打印耗材，而实际市场又是鱼龙混 杂，假冒品牌，以次充好已经不是新鲜事。用劣质三维打印耗材不仅降低打印性能，甚至会 损坏三维打印机。为保障用户的权益和设备厂家的利益需要能够对三维打印耗材进行标 识。 toon] 另外，三维打印耗材使用信息，例如第一次使用，也就是开封时间，剩余三维打印 耗材数量，能够帮助用户更好地管理三维打印耗材。三维打印耗材的生产信息会有利于在 出现质量问题时，厂家追溯根源，改进质量。
[0012] 目前的熔丝堆积成型式桌面三维打印机所使用的三维打印耗材基本上是将一定 直径的塑料丝绕在卷轴上，分成〇. 5kg至2kg的包装。因为塑料丝耗材及其卷轴为整体使 用（也就是说通常不会将塑料丝部分取下单独使用），该专利中，除非特别说明，将他们统 称为三维打印耗材，以简化说明过程。这些三维打印耗材没有自身携带标识和特性的电子 信息，更缺乏一套机制让三维打印能够自动识别并利用这些参数。
[0013] 射频识别即RFID (Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射 频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系 统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID是一类技术和产品的通称，其中标签通常以 半导体芯片加天线的形式实现，该专利中将这种实现方式通称RFID芯片，而不特别区分芯 片本身还是相连的天线。RFID存储卡是RFID芯片的一种常见的类型，也就是RFID芯片的 一种实现形式。本专利中，数据指数字化存储的内容，特别是RFID芯片上存储的内容；信息 是有特定含义的数据；参数是信息的一种。
[0014] 随着破解技术的提高，有的RFID芯片自身的加密功能已经被破解，简单利用RFID 芯片对三维打印耗材进行标识的方法已经不再可靠。例如，飞利浦公司的MIFARE RFID存 储卡就已经有公开的破解方法。用RFID来实现可靠的三维打印耗材识别和防伪需要额外 的保护技术。根据对目前现有技术进行相关检索的结果显示，目前的现有技术还没有公开 如何将三维打印耗材的打印特性参数化并存入RFID芯片以便三维打印机在打印时根据三 维打印耗材的打印参数调整实际打印的工作状态，即三维打印机的打印温度、打印速度和 冷却速度，从而获得更好的打印效果的相关技术特征，这也是本发明所要解决的技术问题。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的三维打印耗材的射频识别 及参数配置方法及装置，本发明提出了更可靠的三维打印耗材识别方法以及如何在RFID 芯片上存储三维打印耗材的打印参数，以便使三维打印机使用这些参数来自动优化工作状 态，还可以在RFID芯片上存放辅助参数，可以提供用户更多的辅助功能。
[0016] 本发明的一种能够克服上述技术问题的三维打印耗材的射频识别及参数配置方 法包括以下步骤：
[0017] (1)在每件三维打印耗材上安装RFID芯片，所述RFID芯片存储包含RFID芯片序 列号的经过加密的复合标识数据；
[0018] ⑵访问所述RFID芯片的接口装置与三维打印机相连；
[0019] (3)三维打印机通过所述接口装置读取复合标识数据，并进行数据解密，然后将解 密出的RFID芯片序列号和实际RFID芯片的序列号进行比对，完成三维打印耗材识别。
[0020] 更进一步所述复合标识数据至少包含随机加扰数据或特定检查数据。
[0021] 更进一步所述RFID芯片存储三维打印耗材的打印参数、三维打印机通过所述接 口装置读取三维打印耗材的打印参数，并相应配置三维打印机的工作状态。
[0022] 三维打印耗材的参数包括三维打印耗材的打印参数和三维打印耗材的辅助参数， 可以通过加密存储，进一步增加三维打印耗材伪造的难度。
[0023] 更进一步所述RFID芯片存储三维打印耗材的辅助参数、三维打印机通过所述接 口装置读取三维打印耗材的辅助参数，并根据三维打印耗材的辅助参数的内容实现相应的 辅助功能。
[0024] 所述三维打印耗材的打印参数包括打印速度、对应该打印速度的打印温度、对应 该打印速度的正常打印的冷却速度、对应该打印速度的悬空打印时的冷却速度。
[0025] 所述三维打印耗材的辅助参数包括三维打印耗材类别、主要材料、尺寸规格、颜色 编号、变种、打印温度范围、底层打印温度、推荐打印速度、三维打印耗材多段直径、三维打 印耗材生产日期、三维打印耗材批号、三维打印耗材第一次使用日期、剩余量。
[0026] 所述接口装置的固定安装在所述三维打印机上。
[0027] 所述接口装置在三维打印机的安装位置以及所述接口装置的工作距离以及所述 RFID芯片在三维打印耗材上的安装位置经过优化调整后，使得所述三维打印耗材只有在靠 近其在三维打印机上的工作位置时，所述安装在三维打印耗材上的RFID芯片上存储的数 据才能被所述接口装置访问到，所述安装在三维打印耗材上的RFID芯片上存储的数据包 括但不局限于：复合标识数据、三维打印耗材的打印参数以及三维打印耗材的辅助参数等， 从而实现三维打印耗材标识、三维打印机工作状态的自动配置和辅助功能的实现。
[0028] 另外可以将若干种三维打印耗材的打印参数预先存入三维打印机，并由不同编号 来代表，所述RFID芯片存储打印参数的编号，三维打印机通过所述接口装置读取三维打印 耗材的打印参数编号，三维打印机按该编号调用预先存入三维打印机的打印参数，并配置 三维打印机的工作状态。
[0029] 本发明的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置包括：三维打印机、三维 打印耗材安装部件、RFID芯片、接口装置。
[0030] 所述三维打印耗材安装部件用于将三维打印耗材挂在三维打印机上，所述三维打 印耗材通过该三维打印耗材安装部件安装在三维打印机上，所述RFID芯片固定在三维打 印耗材工作时的靠近三维打印机一面；对应RFID芯片的有接口装置，当RFID芯片处于接 口装置的工作范围内时，所述三维打印机可以通过接口装置访问安装在三维打印耗材上的 RFID芯片上存储的数据，所述接口装置的工作距离和安装位置可以进一步优化同时RFID 芯片的安装位置也可以进行调整，使得只有当三维打印耗材安装在三维打印机上时，RFID 芯片才会处于接口装置的工作范围内。
[0031] 所述三维打印耗材安装部件为挂钩。
[0032] 本发明的优点是：1.提供了三维打印耗材的可靠识别方法，有效地防止了伪造， 保护了厂家和用户的合法权益；2.提供了三维打印耗材的打印参数存储和自动配置三维 打印机工作状态的方法，能够使用户在三维打印耗材最优化状态下打印模型；3.提供了三 维打印耗辅助参数的存储和使用方法，进一步提高了打印质量并实现了一些有用的辅助功 能。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是本发明的带有RFID芯片的三维打印耗材和具备相应接口装置的三维打印 机不意图；
[0034] 图2是本发明的安装有RFID芯片的三维打印耗材示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
[0036] 三维打印耗材的参数包括三维打印耗材的打印参数和三维打印耗材的辅助参数， 可以通过加密存储，进一步增加三维打印耗材伪造的难度。
[0037] 图1是本发明的带有RFID芯片的三维打印耗材和具备相应接口装置的三维打印 机示意图。三维打印耗材11为示意清晰而绘制为透明，三维打印耗材安装部件15用于将三 维打印耗材挂在三维打印机12上，三维打印耗材11通过三维打印耗材安装部件15安装在 三维打印机12上，RFID芯片13固定在三维打印耗材11工作时的靠三维打印机12的一面； 对应RFID芯片13的是接口装置14,当RFID芯片13处于接口装置14的工作范围内时，所 述三维打印机12可以通过接口装置14访问安装在三维打印耗材上的RFID芯片13上存储 的数据，所述安装在三维打印耗材上的RFID芯片13上存储的数据包括但不局限于：复合标 识数据、三维打印耗材的打印参数以及三维打印耗材的辅助参数等，从而实现三维打印耗 材标识和参数调用等功能，接口装置14的工作距离和安装位置可以进一步优化，同时RFID 芯片13的安装位置也可以进行调整，使得只有当三维打印耗材安装在三维打印机12上时， RFID芯片13才会处于接口装置14的工作范围内。
[0038] 图2是本发明的安装有RFID的三维打印耗材示意图，包括三维打印耗材11、作为 三维打印耗材安装部件的三维打印耗材安装部件15、RFID芯片13,三维打印耗材安装部件 15用于将三维打印耗材安装在三维打印机12上，RFID芯片13固定在三维打印耗材11工 作时的靠三维打印机12的一面。
[0039] 所述三维打印耗材安装部件15可以是挂钩。
[0040] 本发明的方法是为每卷三维打印耗材安装RFID芯片，存储复合标识数据、三维打 印耗材的打印参数和三维打印耗材的辅助参数。访问安装在三维打印耗材上的RFID芯片 13上存储的数据的接口装置14与三维打印机12相连。三维打印机12通过该接口装置14 访问安装在三维打印耗材上的RFID芯片13上存储的数据，并进行三维打印耗材的识别和 参数使用。更进一步，对RFID芯片13的固定位置和所述接口装置14的安装位置以及所述 接口装置14的工作距离进行优化，使得三维打印耗材不在工作位置时，接口装置14不会访 问到该安装在三维打印耗材上的RFID芯片13上存储的数据；也就是说，正常情况下所述接 口装置14仅能访问当前使用的安装在三维打印耗材11上的RFID芯片13上存储的数据。
[0041] 本发明的三维打印耗材11的复合标识数据采用唯一校验信息和随机数加扰后 再加密存储的方式，本发明在实施例中，RFID芯片13采用Philips公司的MIFARE系列 S50RFID存储卡。唯一校验信息由该RFID的序列卡号（32位）和32位特定检查数据（如 16进制的0xBABE1234)构成，另外，填充64位随机数进行加扰，这样共同构成复合标识数 据。复合标识数据占用长度为16字节，S卩128位数据，并经过标准的AES128位加密算法 (AES128加密算法的安全性已经被无数实践验证）。三维打印机12从RFID芯片13读入 的标识数据是加密的，经解密后获得明文复合标识数据，然后检验标识数据里的序列卡号 是否跟该实际RFID芯片13的序列号一致，以及32位的特定检查数据是否正确。如果这 两项检查中的任何一项没有通过，三维打印机12可以拒绝使用该三维打印耗材。Philips S50RFID芯片存储卡的序列号是唯一的，不同的RFID芯片存储卡有不同的序列号，仿造者 即便能解密RFID芯片存储卡也不能通过简单复制的方式伪造标识数据，因为他们没有更 强的AES128位加密算法的密钥，无法根据不同RFID芯片存储卡的序列号生成正确加密的 复合标识数据。
[0042] 本发明将三维打印耗材的打印参数量化为二维表格，不同的打印速度对应打印温 度、正常打印冷却速度以及悬空打印冷却速度等参数。这些参数可以通过试验的方法测定。 对该表格进行插值，可以得到更细分的参数曲线。例如，表格纪录了 30mm/s和50mm/s时的 各项三维打印耗材的打印参数，而打印机需要工作在35mm/s，就可以通过插值的办法获得 35mm/s速度下的各项参数。实际数据存储时，该二维表格会存放在一维的存储空间中。
[0043] 另外，所述RFID芯片13的存储卡还可以存储三维打印耗材的辅助参数，所述三维 打印耗材的辅助参数包括但不局限于：使用信息（三维打印耗材剩余量）、生产信息、三维 打印耗材的机械尺寸、三维打印耗材的材料、三维打印耗材的颜色等。厂家能够更有效地跟 踪产品质量；三维打印机可以知道三维打印耗材的使用量，必要时提醒用户更换三维打印 耗材；三维打印机还可以根据三维打印耗材的机械尺寸调整实际的进料速度，进一步提高 打印质量；三维打印机还可以根据三维打印耗材的类别和主要材料确定该三维打印耗材是 否能在该三维打印机上使用。
[0044] RFID芯片可以是只具备数据存储功能的RFID存储卡，也可以是具有微处理器能 够实现更多功能的RFID CPU卡。
[0045] 本发明在RFID芯片13的存储数据的一个实施例如下表所示，三维打印耗材的参 数可以采用加密的方式防止伪造，也可以为降低系统复杂度而采用明文数据存储。
【权利要求】
1. 一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 在每件三维打印耗材上安装RFID芯片，所述RFID芯片存储包含RFID芯片序列号 的经过加密的复合标识数据； (2) 访问所述RFID芯片的接口装置与三维打印机相连； (3) 三维打印机通过所述接口装置读取复合标识数据，并进行数据解密，然后完成三维 打印耗材识别。
2. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述复合标识数据包含特定检查数据。
3. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述复合标识数据包含随机加扰数据。
4. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述RFID芯片存储打印参数、三维打印机通过所述接口装置读取三维打印耗材的打印 参数，并相应配置三维打印机的工作状态。
5. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述RFID芯片存储辅助参数、三维打印机通过所述接口装置读取三维打印耗材的辅助 参数，并根据辅助参数的内容实现相应的辅助功能。
6. 根据权利要求4所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述打印参数包括打印速度、对应该打印速度的打印温度、对应该打印速度的正常打印 的冷却速度、对应该打印速度的悬空打印时的冷却速度。
7. 根据权利要求5所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述辅助参数包括三维打印耗材类别、主要材料、尺寸规格、颜色编号、变种、打印温度 范围、底层打印温度、推荐打印速度、三维打印耗材多段直径、三维打印耗材生产日期、三维 打印耗材批号、三维打印耗材第一次使用日期、剩余量。
8. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述接口装置在三维打印机的安装位置以及所述接口装置的工作距离以及所述RFID 芯片在三维打印耗材上的安装位置经过优化调整后，使得所述三维打印耗材只有在靠近其 在三维打印机上的工作位置时，所述安装在三维打印耗材上的RFID芯片上存储的数据才 能被所述接口装置访问到，所述安装在三维打印耗材上的RFID芯片上存储的数据包括但 不限于：复合标识数据、打印参数以及辅助参数，从而实现三维打印耗材标识和参数调用等 功能。
9. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于，所述接口装置的固定安装在所述三维打印机上。
10. 根据权利要求1所述的一种三维打印耗材的射频识别及参数配置方法，其特征在 于， 若干种三维打印耗材的所述打印参数预先存入三维打印机，并由不同编号来代表，所 述RFID芯片存储打印参数的编号，三维打印机通过所述接口装置读取三维打印耗材的打 印参数编号，三维打印机按该编号调用预先存入三维打印机的打印参数，并配置三维打印 机的工作状态。
11. 一种三维打印耗材的射频识别及参数配置装置，其特征在于，包括：三维打印机、 三维打印耗材安装部件、RFID芯片、接口装置； 所述三维打印耗材通过三维打印耗材安装部件安装在三维打印机上，所述RFID芯片 固定在三维打印耗材工作时的靠三维打印机一面；对应RFID芯片的有接口装置，使得只有 当三维打印耗材安装在三维打印机上时，RFID芯片才会处于接口装置的工作范围内。
12.根据权利要求11所述的三维打印耗材的射频识别及参数配置装置，其特征在于， 所述三维打印耗材安装部件为挂钩。
【文档编号】B29C67/00GK104085110SQ201410315501
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】耿得力 申请人:厦门达天电子科技有限公司