三维打印方法和三维打印机与流程

本发明涉及打印领域，尤其涉及一种三维打印机以及该三维打印机的三维打印方法。

背景技术：

3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材（即成型材料）和介质等组成，打印原理也基本类似。

3D打印头通过向三维打印平台上挤出丝料，继而形成三维实体，当打印平台与打印头的喷嘴不平行时，即打印平台出现倾斜时，打印出的模型容易出现翘曲或挤出丝料连接不上问题，到时模型报废率较高。因此，从打印机出厂后，用户打印前都需要对打印平台的平整情况做调整，但是一般的调整仅仅是用卡片卡在喷嘴和打印平台之间，再直接利用目视对比来实现，这样存在判断不准确而且容易存在打印头喷嘴碰到打印平台，导致打印平台刮花等情况，严重影响用户体验。

另外，在打印过程中当打印头喷嘴出现堵塞或打印丝料不足时，导致在打印运行中没有持续喷丝，同时使得机器继续空转运行，这也将导致打印时间和资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种能够对打印状态实时监测的三维打印。

本发明的第二目的是提供一种能够对打印状态实时监测的三维打印平台调整方法。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种三维打印机，包括在水平面内移动的打印头、沿垂向移动的三维打印平台和控制单元，控制单元用于控制打印头和三维打印平台移动，其中，三维打印平台包括支撑台、载物板和压力传感器，压力传感器设置在支撑台和载物板之间，控制单元控制打印头根据模型信号在载物板的打印区域上打印模型，压力传感器设置在载物板位于打印区域对应的下方，压力传感器向控制单元输出采集信号，控制单元根据模型信号和采集信号输出控制信号。

由上述方案可见，由于三维打印机的打印头根据模型信号在载物台上按照预定的切片分层模型数据以及预定的轨迹进行三维模型成像，故在载物台的下方设置有压力传感器，便能够通过压力传感器实时获取压力值或重量值，根据模型数据的分析以及压力传感器采集数据的比对，如控制单元判断模型数据与采集数据部不匹配，即打印头可能出现堵塞或丝料不足，则控制单元输出停止控制信号，使得三维打印机停止打印，同时也可以发出提醒控制信号，在提醒使用人员的同时，也可避免机器继续空转运行和浪费打印时间，继而实现对打印状态的实施监控。

更进一步的方案是，三维打印平台还包括支架，支架设置在支撑台上，支架设置有凹槽，压力传感器和载物板设置在凹槽内。

更进一步的方案是，三维打印平台还包括多个支撑组件，支架设置在多个支撑组件上，支撑组件包括与支撑台螺纹配合并沿垂向设置的螺钉以及套在螺钉外的弹簧，螺钉的第一端部与支架固定连接，弹簧抵接在支架和支撑台之间。

由上可见，通过支架的设置有利于压力传感器和载物台的安装，以及通过可调节的支撑组件对支架进行支撑固定，能够更加方便地对载物台的平整度进行调节。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种三维打印机用的三维打印方法，三维打印机包括在水平面内移动的打印头、沿垂向移动的三维打印平台和控制单元，控制单元用于控制打印头和三维打印平台移动，其中，所述三维打印平台包括支撑台、载物板和压力传感器，压力传感器设置在支撑台和载物板之间，控制单元控制打印头根据模型信号在载物板的打印区域上打印模型，压力传感器设置在载物板位于打印区域对应的下方，三维打印方法包括三维打印监测步骤，三维打印监测步骤包括：控制单元控制打印头根据模型信号在载物台打印模型；控制单元根据压力传感器采集的数据计算得出当前重量值；判断当前重量值是否与模型信号匹配；如当前重量值与模型信号不匹配，则控制信号输出停止控制信号。

由上述方案可见，由于三维打印机的打印头根据模型信号在载物台上按照预定模型数据以及预定的轨迹进行三维模型成像，故在载物台的下方设置有压力传感器，便能够通过压力传感器实时获取压力值或重量值，根据模型数据的分析以及压力传感器采集数据的比对，如控制单元判断模型数据与采集数据部不匹配，即打印头可能出现堵塞或丝料不足，则控制单元输出停止控制信号，使得三维打印机停止打印，同时也可以发出提醒控制信号，在提醒使用人员的同时，也可避免机器继续空转运行和浪费打印时间，继而实现对打印状态的实施监控。

更进一步的方案是，在控制单元控制打印头根据模型信号在载物台打印模型之前，三维打印监测步骤还包括：控制单元根据模型信号生成多个分层切片模型信号。

更进一步的方案是，控制单元控制打印头根据模型信号在载物台打印模型的步骤为控制单元控制打印头根据分层切片模型信号在载物台打印模型。

更进一步的方案是，判断当前重量值是否与模型信号匹配的步骤为判断当前重量值是否与分层切片模型信号匹配。

由上可见，通过对模型信号进行分层切片并使打印头根据分层切片模型信号逐层打印，同时，控制单元能够根据分层切片模型信号与压力传感器采集的信号进行比对，能够更加准确地和及时地获知打印状态。

更进一步的方案是，三维打印平台还包括多个支撑组件和支架，支架设置在支撑台上，支架设置有凹槽，压力传感器和载物板设置在凹槽内，支架设置在多个支撑组件上，支撑组件用于使支架沿垂向移动，在三维打印监测步骤之前，三维打印方法还包括三维打印平台调整步骤，三维打印平台调整步骤包括将三维打印平台移动至预设零点位置的步骤和对三维打印平台进行校准的步骤，对三维打印平台进行校准的步骤包括依次对每一个支撑组件进行第一分辨率校准的步骤，对一个支撑组件进行第一分辨率校准的步骤包括：三维打印平台背向打印头移动至校准位置；打印头移动至需要校准的支撑组件的上方；三维打印平台以第一分辨率朝向打印头移动至预设零点位置；控制单元根据压力传感器采集的数据计算得出当前压力值；判断当前压力值是否等于预设压力值；如当前压力值不等于预设压力值，则通过支撑组件将支架调节至目标位置，支架在目标位置使当前压力值等于预设压力值；如当前压力值等于预设压力值，则对下一支撑组件进行第一分辨率校准。

更进一步的方案是，依次对每一个支撑组件进行第一分辨率校准的步骤之后，对三维打印平台进行校准的步骤还包括再对第一个支撑组件进行第一分辨率校准的步骤。

更进一步的方案是，对三维打印平台进行校准的步骤之后，三维打印平台调整步骤还包括对成像距离进行校准的步骤，对成像距离进行校准的步骤包括：三维打印平台以第三分辨率朝向打印头移动的步骤；调整载物板和打印头之间的成像距离的步骤；将成像距离设置为成像零点的步骤。

由上可见，在打印之前，为了提高打印精度故需要对载物台的平整度进行调节，具体地，将需要调平的载物板设置在支撑组件上，并依次至少三个支撑组件进行调整，通过将三维打印平台上升至预设位置，打印头或与载物台接触，并利用压力传感器采集的压力值作为校准的基准，有效地提高校准准确性以及便利性，继而更为有效地直观地将载物板调平，继而提高成型品质。

附图说明

图1是本发明三维打印机实施例的结构图。

图2是本发明三维打印机实施例中打印头和三维打印平台的结构图。

图3是本发明三维打印机实施例中三维打印平台的结构分解图。

图4是本发明三维打印机实施例中三维打印平台的剖视图。

图5是图4中A处放大图。

图6是本发明三维打印机实施例的系统框图。

图7是本发明三维打印方法实施例的流程图。

图8是本发明三维打印方法实施例中三维打印平台调整步骤实施例的流程图。

图9是本发明三维打印方法实施例中对打印平台进行粗调校准的流程图。

图10是本发明三维打印方法实施例中对打印平台进行细调校准的流程图。

图11是本发明三维打印方法实施例中对相应支撑组件进行粗调的流程图。

图12是本发明三维打印方法实施例中对相应支撑组件进行细调的流程图。

图13是本发明三维打印方法实施例中对成像距离进行校准的流程图。

图14是本发明三维打印方法实施例中三维打印监测步骤的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

三维打印机实施例：

参照图1并结合图7，图1是三维打印机1的结构图，三维打印机1包括均安装在三维打印机的框体内三维打印平台11、打印头12、Z轴伺服电机131、Y轴伺服电机132、X轴伺服电机133、控制单元14、压力传感器6和显示单元15，螺杆21穿过三维打印平台11，在螺杆21的下端部上连接有Z轴伺服电机131，在螺杆21的两侧还设置有导杆。

打印头12安装在X轴导杆上，X轴导杆连接有X轴伺服电机133，在X轴伺服电机133驱动下，打印头12可沿X轴移动，X轴导杆还连接有Y轴导杆(未示出)，Y轴导杆连接有Y轴伺服电机132，在Y轴伺服电机132驱动下，可是X导杆沿Y轴移动。

参照图2和图3，图2是三维打印平台11和打印头12的结构图，图3是三维打印平台11的分解图，在三维打印平台11包括载物板3、三个支撑组件4、支撑台5、压力传感器6、支架7和加热器8，载物板3上涂覆有涂层，支架7设置有用于容纳载物板3的凹槽，加热器8呈片状设置，加热器8设置在支架7凹槽的背部，加热器8通电加热后可对支架7和载物板3传递热量，压力传感器6和载物板3设置在支架7的凹槽内，且压力传感器6位于载物板3和支架7之间的位置上，打印头12将在载物板3上的打印区域挤出丝料并实现模型打印，而压力传感器6与载物板3邻接并设置在载物板3位于打印区域对应的下方，使得压力传感器6通过载物台3能够采集载物台3上模型的重量或来自打印头12的接触压力。在本实施例中，压力传感器6是采用片状设置的力敏传感器，该力敏传感器既可采用应变式电阻传感器或压电式力传感器，又可以采用电容式力传感器。

支架7设置在三个支撑组件4上，三个支撑组件4穿过支撑台5地设置，三个支撑组件4呈不在同一直线上地设置。由于三维打印平台11在伺服电机的驱动下能够沿垂向移动，即三维打印平台11移动至与打印头12接触的位置。

参照图4和图5，图4是三维打印平台11的剖视图，图5是图4中A处的放大图。支撑组件包括与支撑台5的通孔螺纹配合并可沿垂向设置的螺钉41以及套在该螺钉外的弹簧42，螺钉41穿过支撑台5，螺钉41的第一端与支架7邻接，螺钉41的第二端位于支撑台5的另一侧上，弹簧42抵接在支撑台5和螺钉41的第二端上之间，旋转螺钉41时，在螺钉41沿垂向移动的同时推动支架7在垂向上下移动，继而实现支撑组件4的在垂向方向上可移动调节。

压力传感器6邻接在支架7和载物板3之间的位置上，打印头12在载物板3的打印区域上挤出成像丝料121，通过堆积成像丝料121实现三维模型成像。在本实施例中压力传感器采用片状的压力传感器，通过片状的压力传感器的形变而转化成的电信号改变，能够准确地获知变化压力值或变化重量值。压力传感器6通过载物台3能够采集载物台3上模型向其施加的压力，继而压力传感器6向控制单元14输出采集的信号并通过处理获得该模型的重量值。另外，当载物板3与打印头接触，压力传感器6能够获得打印头12施加的压力。

参照图7，图7是三维打印机1的系统框图。控制单元14分别向Z轴伺服电机131、Y轴伺服电机132、X轴伺服电机133输出驱动信号，分别使各伺服电机转动，继而使三维打印平台11能够在Z轴伺服电机131驱动下沿垂向移动，使打印头12在由X轴和Y轴确定的水平面内移动。

控制单元14接收压力传感器6输出的采集信号，控制单元14根据采集信号计算对应的当前压力值，并将该当前压力值输出至显示单元15，显示单元15为用于显示当前压力值和预设压力值的显示屏幕。另外在对载物板3上的模型进行重量监测时，控制单元15对根据采集的信号计算对应的重量值，并在显示单元15上显示该重量值。

三维打印方法实施例：

参照图7，图7是三维打印方法实施例的流程图，三维打印机1在三维打印时将安装三维打印方法进行三维成像，具体地，三维打印方法依次包括三维打印平台调整步骤和三维打印监测步骤。

参照图8，图8是三维打印平台调整步骤的流程图。首先执行步骤S1，输入三维打印平台调整指令，随后执行步骤S2，三维打印平台往上移动至预设零点，随后执行对三维打印平台进行校准的步骤。

对三维打印平台进行校准的步骤包括步骤S3和步骤S4，首先，执行步骤S3，对三维打印平台进行粗调校准，随后执行步骤S4，对三维打印平台进行细调校准，最后执行步骤S5，对三维打印平台和打印头之间的成像距离进行校准。

参照图9，图9是对三维打印平台进行粗调校准的流程图。首先执行步骤S31，对第一支撑组件进行粗调，随后执行步骤S32，对第二支撑组件进行粗调，然后执行步骤S33，对第三支撑组件进行粗调，最后执行步骤S34，对第四支撑组件的平整度进行粗调。

参照图10，图10是对三维打印平台进行细调校准的流程图。首先执行步骤S41，对第一支撑组件进行细调，随后执行步骤S42，对第二支撑组件进行细调，然后执行步骤S43，对第三支撑组件进行细调，最后执行步骤S44，对第四支撑组件进行细调。

参照图11，图11是对相应支撑组件进行粗调的流程图，即对第一支撑组件、第二支撑组件或第三支撑组件进行粗调的流程图。首先执行步骤S61，三维打印平台从预设零点位置下降5毫米至校准位置，随后执行步骤S62，打印头移动到需要调整的支撑组件的上方，然后执行步骤S63，三维打印平台以第一分辨率朝向打印头移动至预设零点位置，即三维打印平台以0.06毫米的分辨率缓慢上升至预设零点位置。

随后执行步骤S64，控制单元根据压力传感器采集的数据计算得出当前压力值，然后执行步骤S65，判断当前压力值是否等于预设压力值。

如当前压力值不等于预设压力值，则执行步骤S66，通过支撑组件将支架调节至目标位置，可参照图4即调节螺钉41使支架7往上或往下移动，支架7的上升或下移将带动压力传感器6和载物板3的移动，支架7在目标位置将使当前压力值等于预设压力值。

随后再重新对该支撑组件进行校准，即执行步骤S67，三维打印平台下降5毫米，然后依次执行步骤S63、S64和S65，如当前压力值等于预设压力值，则对下一支撑组件进行第一分辨率校准。

参照图12，图12是对相应支撑组件进行细调的流程图，即对第一支撑组件、第二支撑组件或第三支撑组件进行细调的流程图。首先执行步骤S71，三维打印平台下降5毫米至校准位置，随后执行步骤S72，打印头移动到需要调整的支撑组件的上方，然后执行步骤73，三维打印平台以第二分辨率朝向打印头移动至预设零点位置，即三维打印平台以0.01毫米的分辨率缓慢上升至预设零点位置。

随后执行步骤S74，控制单元根据压力传感器采集的数据计算得出当前压力值，然后执行步骤S75，判断当前压力值是否等于预设压力值。

如当前压力值不等于预设压力值，则执行步骤S76，通过支撑组件将支架调节至目标位置，可参照图4即调节螺钉41使支架7往上或往下移动，支架7的上升或下移将带动压力传感器6和载物板3的移动，支架7在目标位置将使当前压力值等于预设压力值。

随后再重新对该支撑组件进行校准，即执行步骤S77，三维打印平台下降5毫米，然后依次执行步骤S73、S74和S75，如当前压力值等于预设压力值，则对下一支撑组件进行第二分辨率校准。

参照图13，图13是成像距离进行校准的流程图。首先执行步骤S51，三维打印平台以第三分辨率朝向打印头移动，即三维打印平台以0.01毫米分辨率上升，随后执行步骤S52，调整载物板和打印头之间的成像距离，即在成像距离合适时停止三维打印平台的移动，最后执行步骤S53，将成像距离设置为成像零点，在进行三维实体成像时，三维打印平台将上升到成像零点，打印头向载物板挤出成像丝料。

在执行完三维打印平台调整步骤后，将执行三维打印监测步骤，参照图14，图14是三维打印监测步骤的流程图。首先执行步骤S81，控制单元接收模型信号并根据模型信号生成多个分层切片模型信号，分层切片模型信号包括每一层所需打印的模型、打印头的行走路径，行走路径的长度、打印的挤出速度和成像丝料的单位重量，随后执行步骤S82，控制单元控制打印头根据分层切片模型信号在载物台挤出丝料并实现打印模型，随后执行步骤S83，压力传感器对载物板上的模型重量进行实时采集数据，然后执行步骤S84，控制单元根据压力传感器采集的数据计算得出当前重量值，即位于载物板上模型的重量值，随后执行步骤S85，控制单元将分层切片模型信号与当前重量值进行比对，判断当前重量值是否与分层切片模型信号是否匹配，由于打印头是根据分层切片模型信号在载物板上逐层往上打印成像，即模型在载物板上也是逐层堆积成型，故通过分层切片模型信号结合成像丝料的单位重量能够获知在当前打印进度下应有的重量值，将当前重量值与当前打印进度下应有的重量值比对，判断两数值是否匹配，便能够获知打印状态是否正常。如当前重量值与分层切片模型信号中应有的重量值不匹配，即表示打印头出现堵塞或缺失丝料，使得丝料无法正常地从打印头挤出成型，故执行步骤S87，控制信号输出停止控制信号是三维打印机停止打印。如当前重量值与分层切片模型信号中应有的重量值匹配，则执行步骤S86，继续当前三维打印。在打印完成后，成型的模型位于该三维打印平台上，还可通过压力传感器对模型计算其重量并显示在显示单元上。

由上可见，在三维成像之前对三维打印平台的平整度进行调整，有效地提高三维成像模型的品质，同时由于三维打印机的打印头根据模型信号在载物台上按照预定模型数据以及预定的轨迹进行三维模型成像，故在载物台的下方设置有压力传感器，便能够通过压力传感器实时获取压力值或重量值，根据模型数据的分析以及压力传感器采集数据的比对，如控制单元判断模型数据与采集数据部不匹配，即打印头可能出现堵塞或丝料不足，则控制单元输出停止控制信号，使得三维打印机停止打印，同时也可以发出提醒控制信号，在提醒使用人员的同时，也可避免机器继续空转运行和浪费打印时间，继而实现对打印状态的实施监控。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，除了采用上述实施例中的支撑组件还可以采用其他本领域常规的技术方案使支架可沿垂向进行调节，例如采用凸轮作为支撑组件，通过凸轮的凸轮面与支架抵接以及通过旋转凸轮便可实现支架的高度可调，又或者采用楔形块组件同样是可以实现高度可调，同样是可以实现本发明的目的，以及本发明还可以采用四个支撑组件或五个支撑组件对载物板进行支撑，也同样可实现本发明的目的。