3D打印机耗材状态检测装置及方法与流程

本发明涉及3D打印机技术领域，具体而言，涉及一种3D打印机耗材状态检测装置及方法。

背景技术：

随着3D打印技术的不断进步，人们对3D打印机的功能、性能及可靠性都提出了更高的要求。3D打印机作为一种兴新的加工设备，具有越来越广阔的应用前景和市场潜力。目前市面上3D打印机多基于熔融堆积成型技术(Fused Deposition Modeling,FDM)。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS)、聚乳酸(Polylactice acid，PLA)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplastic polyurethanes,TPU)、尼龙(Polyamide,PA)。材料在挤出机喷头内被加热熔化。挤出机喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。其中，用于3D打印的材料又称为耗材。

3D打印机在运行过程中，容易出现断料、缺料、堵头、卡料等问题。如果这些问题不能被及时发现，则可能会造成打印不均匀、打印精度低、打印品不合格、打印暂停及打印不成功等，浪费用户时间，给用户带来损失。此外，堵头和卡料还会影响3D打印机的使用寿命。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3D打印机耗材状态检测装置及方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3D打印机耗材状态检测装置，包括：电流检测模块和预存有预设电流范围的运算模块；

所述电流检测模块，用于测量挤出电机的工作电流，并将所述工作电流发送至所述运算模块；

所述运算模块，用于接收所述工作电流，判断所述工作电流是否超出所述预设电流范围，如果所述工作电流超出所述预设电流范围，则生成并发送报警信号。

进一步地，所述电流检测模块，还用于测量所述挤出电机的空载电流和过载电流，并将所述空载电流和过载电流发送至所述运算模块；

所述运算模块，还用于根据所述空载电流和过载电流调整所述预设电流范围，使所述预设电流范围内的预设电流大于所述空载电流且小于所述过载电流。

进一步地，所述3D打印机耗材状态检测装置还包括挤出机温度检测模块，所述挤出机温度检测模块用于获取挤出机喷嘴的温度，发送所述挤出机喷嘴的温度至所述运算模块；

所述运算模块，还用于根据所述挤出机喷嘴的温度调整所述预设电流范围。

进一步地，所述3D打印机耗材状态检测装置还包括转速检测模块，所述转速检测模块用于获取挤出速度，发送所述挤出速度至所述运算模块；

所述运算模块，还用于根据所述挤出速度调整所述预设电流范围。

进一步地，所述3D打印机耗材状态检测装置还包括环境温度检测模块，所述环境温度检测模块用于获取环境温度，发送所述环境温度至所述运算模块；

所述运算模块，还用于根据所述环境温度调整所述预设电流范围。

一种3D打印机耗材状态检测方法，应用于3D打印机耗材状态检测装置，所述3D打印机耗材状态检测装置包括电流检测模块和预存有预设电流范围的运算模块，所述方法包括：

所述电流检测模块测量挤出电机的工作电流，并将所述工作电流发送至所述运算模块；

所述运算模块接收所述工作电流，判断所述工作电流是否超出所述预设电流范围，如果所述工作电流超出所述预设电流范围，则生成并发送报警信号。

进一步地，所述方法还包括：所述电流检测模块测量挤出电机的空载电流和过载电流，并将所述空载电流和过载电流发送至所述运算模块；

所述运算模块根据所述空载电流和过载电流调整所述预设电流范围，使所述预设电流范围内的预设电流大于所述空载电流且小于所述过载电流。

进一步地，所述3D打印机耗材状态检测装置还包括挤出机温度检测模块，所述方法还包括：

所述挤出机温度检测模块获取挤出机喷嘴的温度，发送所述挤出机喷嘴的温度至所述运算模块；

所述运算模块根据所述挤出机喷嘴的温度调整所述预设电流范围。

进一步地，所述3D打印机耗材状态检测装置还包括转速检测模块，所述方法还包括：

所述转速检测模块获取挤出速度，发送所述挤出速度至所述运算模块；

所述运算模块根据所述挤出速度调整所述预设电流范围。

进一步地，所述3D打印机耗材状态检测装置还包括环境温度检测模块，所述方法还包括：

所述环境温度检测模块获取环境温度，发送所述环境温度至所述运算模块；

所述运算模块根据所述环境温度调整所述预设电流范围。

本发明提供的3D打印机耗材状态检测装置，通过测量挤出电机的工作电流，并判断所述工作电流是否超出预设电流范围，如果所述工作电流超出所述预设电流范围，则判定3D打印机出现断料、缺料、堵头、卡料等问题，生成并发送报警信号，实现了耗材状态检测，及时发现断料、缺料、堵头、卡料等问题并报警，提高了打印精度、打印成功率，节约了用户时间，避免给用户带来损失，并增加了3D打印机的使用寿命。

本发明提供的3D打印机耗材状态检测方法，应用于上述的3D打印机耗材状态检测装置，因而具有类似的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种3D打印机耗材状态检测装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种3D打印机耗材状态检测方法的流程图。

图3为本发明实施例提供的另一种3D打印机耗材状态检测方法的流程图。

图4为本发明实施例提供的另一种3D打印机耗材状态检测方法的流程图。

图标：1-3D打印机耗材状态检测装置；10-电流检测模块；20-运算模块；30-挤出机温度检测模块；40-转速检测模块；50-环境温度检测模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

请参阅图1，本发明实施例提供一种3D打印机耗材状态检测装置1，包括：电流检测模块10和预存有预设电流范围的运算模块20。

电流检测模块10，用于测量挤出电机的工作电流，并将所述工作电流发送至运算模块20。测量挤出电机的工作电流的方法可以是直接电流采样法、霍尔电流采样法、高端电流采样法、低端电流采样法、差分电流采样法、单端电流采样法等本领域技术人员公知的方法，再此不作限定。电流检测模块10则是采用上述方法进行挤出电机的工作电流测量的元器件。

运算模块20，用于接收所述工作电流，判断所述工作电流是否超出所述预设电流范围，如果所述工作电流超出所述预设电流范围，则生成并发送报警信号。运算模块20可以采用硬件、软件或其组合实现。

3D打印机的挤出电机有三种工作状态：空载、正常、过载。当挤出机出现断料、缺料时，挤出电机为空载状态。当挤出机出现堵头、卡料时，挤出电机为过载状态。将挤出电机空载功率记为P_min，正常工作时的功率记为P_type，过载功率记为P_max，则P_min<P_type<P_max。挤出机是材料融化并挤出的主要机器，挤出电机是挤出机的一部分，是为挤出机提供动力的机器。3D打印机在一段时间内，电源电压近似不变，则挤出电机的功率仅跟挤出电机的工作电流有关。将挤出电机空载电流记为I_min，正常工作时的电流记为I_type，过载电流记为I_max，则I_min<I_type<I_max。因此，测量挤出电机的工作电流就可以判断挤出电机的工作状态，继而判断挤出机是否出现断料、缺料、堵头、卡料等问题。则预设电流范围是多个I_type的集合，预设电流范围内的预设电流在I_min到I_max之间，且不包括I_min和I_max。测定未安装耗材时，挤出电机的工作电流，即为挤出电机空载电流I_min。测定安装耗材后不加热挤出时，挤出电机的工作电流，即为挤出电机过载电流I_max。

挤出电机的工作电流主要与挤出电机的效率、挤出速度和耗材系数有关。耗材系数是跟耗材的种类有关。不同的耗材，打印温度可能不同，例如PLA材料推荐打印温度为195℃，TPU材料推荐打印温度为210℃～220℃，ABS材料推荐打印温度在220℃～240℃。打印温度是指打印所述耗材需要的挤出机喷嘴的温度。因此不同的打印温度，挤出电机的输出功率不同，打印温度越高，挤出电机的工作电流越大，挤出电机的预设电流范围内的预设电流应该整体变大。挤出速度越大，则挤出电机的工作电流越大，挤出电机的预设电流范围内的预设电流应该整体变大。挤出电机的效率与环境温度有关，环境温度越高，挤出电机的效率越低，打印相同材料，挤出电机的工作电流越大，挤出电机的预设电流范围内的预设电流应该整体变大。则挤出电机的工作电流与环境温度、挤出速度和耗材系数有关。设η为环境温度系数、v为挤出速度、k为耗材系数，则预设电流范围与η、v和k有关。η、v和k的值可以通过固定两个，变更其中一个来标定。例如固定η和v，改变k，即在相同环境温度和挤出速度下，采用不同的耗材种类，即可获得k对预设电流范围的影响。同理，可以获得η和v对预设电流范围的影响。预设电流范围是一个关于η、v和k的函数。

固定η、v和k，分别测量I_min和I_max，确定预设电流范围，预设电流范围内的预设电流在I_min到I_max之间，且不包括I_min和I_max。例如，在常温25℃下，耗材为TPU，打印温度215℃，挤出速度60mm/s，分别测定I_min和I_max，确定预设电流范围。将此种确定预设电流的方法称为固定法。

采用固定法确定预设电流范围后，在使用3D打印机打印各种材料时，即可用于判断挤出电机的工作电流是否超出所述预设电流范围。当挤出电机的工作电流小于等于空载电流，则判断所述挤出电机空载，挤出机断料、缺料，并进行报警。当挤出电机的工作电流大于等于过载电流，则判断所述挤出电机过载，挤出机堵料、卡料，并进行报警。报警方式可以是，但不限于，发出报警声音、LED显示、发送信息至用户手机等本领域技术人员公知的方式，在此不作限定。空载报警和过载报警方式可以相同、也可以不同。

应理解，预设电流范围不仅可以采用固定法进行设置，还可以在后期具体使用时，根据上述原理进行灵活设置，以提高精度，例如采用如下几种方式或者如下几种方式的结合。

可选地，在本实施例中，电流检测模块10，还用于测量所述挤出电机的空载电流和过载电流，并将所述空载电流和过载电流发送至运算模块20。运算模块20，还用于根据所述空载电流和过载电流调整所述预设电流范围，使所述预设电流范围内的预设电流大于所述空载电流且小于所述过载电流。与固定法相比，此种方法是在具体打印某种耗材、设定打印参数后，分别测定挤出电机的空载电流和过载电流，确定预设电流范围，比固定法采用通用的预设电流范围更精确，提高报警的准确率。

可选地，在本实施例中，3D打印机耗材状态检测装置1还包括挤出机温度检测模块30，挤出机温度检测模块30用于获取挤出机喷嘴的温度，发送所述挤出机喷嘴的温度至所述运算模块20。运算模块20，还用于根据所述挤出机喷嘴的温度调整所述预设电流范围。不同的耗材，打印温度可能不同，因此，可以通过测定挤出机喷嘴的温度，确定耗材系数k，根据耗材系数k对预设电流范围的影响，调整预设电流范围，提高报警的准确率。挤出机温度检测模块30可以是温度传感器、温度计等测量温度的器件。

可选地，在本实施例中，3D打印机耗材状态检测装置1还包括转速检测模块40，转速检测模块40用于获取挤出速度v，发送所述挤出速度v至运算模块20。运算模块20，还用于根据所述挤出速度v调整所述预设电流范围，提高报警的准确率。所述调整是根据挤出速度v对预设电流范围的影响，调整预设电流范围的。挤出速度v的测量方法可以有多种，在此不作限定。例如，挤出速度v可以根据挤出电机转速确定，而挤出电机转速是由控制电机转动的控制器确定的，因而可以直接从控制器获得电机转速，继而获得挤出速度v。挤出速度v还可以通过电流检测模块10测量的挤出电机的工作电流的形态确定，挤出电机在换向时，挤出电机的工作电流图上会出现明显凸起，采取一定算法即可获得。挤出速度v还可以通过速度传感器等进行获得。转速检测模块40可以采用硬件、软件或其组合实现。

可选地，在本实施例中，3D打印机耗材状态检测装置1还包括环境温度检测模块50，环境温度检测模块50用于获取环境温度η，发送所述环境温度η至运算模块20。运算模块20，还用于根据所述环境温度η调整所述预设电流范围，提高报警的准确率。所述调整是根据环境温度η对预设电流范围的影响，调整预设电流范围的。环境温度检测模块50可以是温度传感器、温度计等测量温度的器件。

请参阅图2，本发明实施例还提供一种3D打印机耗材状态检测方法，应用于3D打印机耗材状态检测装置1，所述3D打印机耗材状态检测装置1包括电流检测模块10和预存有预设电流范围的运算模块20，所述方法包括：步骤S101和步骤S102。

步骤S101，电流检测模块10测量挤出电机的工作电流，并将所述工作电流发送至运算模块20。

步骤S102，运算模块20接收所述工作电流，判断所述工作电流是否超出所述预设电流范围，如果所述工作电流超出所述预设电流范围，则生成并发送报警信号。

请参阅图3，可选地，在本实施例中，在步骤S101和步骤S102之前，所述方法还包括：步骤S103和步骤S104。

步骤S103，电流检测模块10测量挤出电机的空载电流和过载电流，并将所述空载电流和过载电流发送至运算模块20。

步骤S104，运算模块20根据所述空载电流和过载电流调整所述预设电流范围，使所述预设电流范围内的预设电流大于所述空载电流且小于所述过载电流。

请参阅图4，可选地，在本实施例中，3D打印机耗材状态检测装置1还包括挤出机温度检测模块30，所述方法还包括：步骤S105和步骤S106。

步骤S105，挤出机温度检测模块30获取挤出机喷嘴的温度，发送所述挤出机喷嘴的温度至运算模块20。

步骤S106，运算模块20根据所述挤出机喷嘴的温度调整所述预设电流范围。

可选地，在本实施例中，3D打印机耗材状态检测装置1还包括转速检测模块40，所述方法还包括：步骤S107和步骤S108。

步骤S107，转速检测模块40获取挤出速度，发送所述挤出速度至运算模块20。

步骤S108，运算模块20根据所述挤出速度调整所述预设电流范围。

可选地，在本实施例中，3D打印机耗材状态检测装置1还包括环境温度检测模块50，所述方法还包括：步骤S109和步骤S110。

步骤S109，环境温度检测模块50获取环境温度，发送所述环境温度至运算模块20。

步骤S110，运算模块20根据所述环境温度调整所述预设电流范围。

应理解，在一次实施方法的过程中，对步骤S101、步骤S102、步骤S103、步骤S104、步骤S105、步骤S106、步骤S107、步骤S108、步骤S109和步骤S110的执行次数和执行顺序不做限制，应根据实际情况灵活选择。

本发明提供的3D打印机耗材状态检测装置1，通过测量挤出电机的工作电流，并判断所述工作电流是否超出预设电流范围，如果所述工作电流超出所述预设电流范围，则判定3D打印机出现断料、缺料、堵头、卡料等问题，生成并发送报警信号，实现了耗材状态检测，及时发现断料、缺料、堵头、卡料等问题并报警，提高了打印精度、打印成功率，节约了用户时间，避免给用户带来损失，并增加了3D打印机的使用寿命。并且，预设电流范围是一个关于η、v和k的函数，可以根据η、v和k对预设电流范围的影响，进行调整，提高报警的准确率。

本发明提供的3D打印机耗材状态检测方法，应用于上述的3D打印机耗材状态检测装置1，因而具有类似的有益效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。