3D打印设备及3D打印设备的控制系统的制作方法

本实用新型涉及3d打印技术领域，尤其是涉及3d打印设备及3d打印设备的控制系统。

背景技术：

3d(3dimensions，三维)打印设备，即快速成形技术的一种机器，是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或高分子材料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，常常在模具制造、工业设计和生物医疗等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造。

现有的3d打印设备通常是由一个下位机电路板和一个计算机上位机构成控制系统，其中，计算机上位机对模型进行解析并规划打印路径，然后通过通信指令，发送给下位机电路板执行打印操作。然而，对于一些复杂的3d打印设备，则需要多台计算机上位机和多个下位机电路板进行连接，而现有的3d打印设备则无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板，从而给用户带来了极大的不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供3d打印设备及3d打印设备的控制系统，缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，便于3d打印设备扩展应用，满足了用户复杂的3d打印需求，提高了用户的体验度。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种3d打印设备，所述3d打印设备包括：交换机，以及与所述交换机连接的多个控制电路板和每个所述控制电路板连接的执行机构；

所述交换机与上位机通信，用于接收所述上位机发送的控制指令，以及，根据所述控制指令触发所述控制指令对应的所述控制电路板，以执行打印任务。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述交换机包括第一通信接口和多个第二通信接口；

所述第一通信接口用于与所述上位机通信，多个所述第二通信接口用于与多个所述控制电路板通信。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一通信接口为基于网口通信协议的通信接口。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，每个所述控制电路板均设置有第三通信接口，所述控制电路板通过所述第三通信接口连接至所述交换机的第二通信接口。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，多个所述控制电路板包括以下至少之一：运动控制电路板、温度控制电路板、电机控制电路板、显示控制电路板和风扇控制电路板。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，多个所述控制电路板，用于接收所述上位机发送的控制指令，并根据所述控制指令控制对应的执行机构执行打印任务。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述执行机构包括以下至少之一：与所述运动控制电路板连接的打印喷头控制机构、与所述温度控制电路板连接的温度传感器、与所述电机控制电路板连接的电机推动注射器、与所述显示控制电路板连接的显示器和与所述风扇控制电路板连接的风扇。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种3d打印设备的控制系统，所述系统包括第一方面所述的3d打印设备，还包括上位机；

所述上位机与所述3d打印设备的交换机通信，用于向所述3d打印设备发送控制指令。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述上位机的数量有多个，多个所述上位机均与所述3d打印设备的交换机通信。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述3d打印设备的数量也为多个，多个所述3d打印设备的交换机与每个所述上位机均通信。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供了3d打印设备及3d打印设备的控制系统，包括：交换机，以及与交换机连接的多个控制电路板和每个控制电路板连接的执行机构；交换机与上位机通信，用于接收上位机发送的控制指令，以及，根据控制指令触发控制指令对应的控制电路板，以执行打印任务，缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，便于3d打印设备扩展应用，满足了用户复杂的3d打印需求，提高了用户的体验度。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种3d打印设备的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种3d打印设备的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种3d打印设备的控制系统的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种3d打印设备的控制系统的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种或门电路的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的一种或门电路的原理图；

图7为本实用新型实施例提供的一种mos管电路图。

图标：

10-交换机；11-第一通信接口；12-第二通信接口；20-控制电路板；21-第三通信接口；30-执行机构；40-上位机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

针对现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，本实用新型实施例提供了一种3d打印设备及3d打印设备的控制系统，缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，便于3d打印设备扩展应用，满足了用户复杂的3d打印需求，提高了用户的体验度。

为便于对本实施例进行理解，下面首先对本实用新型实施例提供的一种3d打印设备进行详细介绍。

实施例一：

本实用新型实施例提供了一种3d打印设备，图1为本实用新型实施例提供的一种3d打印设备的示意图。如图1所示，该3d打印设备包括：交换机10，以及与交换机连接的多个控制电路板20和每个控制电路板连接的执行机构30；交换机与上位机40通信，用于接收上位机发送的控制指令，以及，根据控制指令触发控制指令对应的控制电路板，以执行打印任务。

本实用新型实施例提供的3d打印设备，包括：交换机，以及与交换机连接的多个控制电路板和每个控制电路板连接的执行机构；交换机与上位机通信，用于接收上位机发送的控制指令，以及，根据控制指令触发控制指令对应的控制电路板，以执行打印任务，缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，便于3d打印设备扩展应用，满足了用户复杂的3d打印需求，提高了用户的体验度。

进一步的，如图2所示，交换机包括第一通信接口11和多个第二通信接口12；其中，第一通信接口用于与上位机通信，多个第二通信接口则用于与多个控制电路板通信；且，这里第一通信接口为基于网口通信协议的通信接口；其中，网口通信协议包括但不仅限于websocket通信握手协议，其他类型的网口通信协议均适用，本实用新型实施例对此不作限制说明。此外，每个控制电路板均设置有第三通信接口21，控制电路板通过第三通信接口连接至交换机的第二通信接口，从而实现交换机与每个控制电路板的通信连接。

在实际应用中，多个控制电路板包括以下至少之一：运动控制电路板、温度控制电路板、电机控制电路板、显示控制电路板和风扇控制电路板。当交换机接收到上位机发送的控制指令时，根据该控制指令触发该控制指令对应的控制电路板，从而以使控制指令对应的控制电路板根据控制指令控制对应的执行机构执行打印任务。这里，执行机构包括以下至少之一：与运动控制电路板连接的打印喷头、与温度控制电路板连接的温度传感器、与电机控制电路板连接的电机推动注射器、与显示控制电路板连接的显示器和与风扇控制电路板连接的风扇。需要说明的是，这里控制电路板的种类可以根据3d打印设备的功能要求进行设置，本实用实施例对此不作限制说明。

具体地，运动控制电路板主要用于根据控制指令控制3d打印设备的打印喷头在x轴、y轴和z轴上运动，温度控制电路板主要用于根据控制指令控制3d打印设备的打印喷头、打印平台和存储单元所需的温度，其中，所需的温度通过温度传感器进行检测；电机控制电路板主要用于根据控制指令控制电机推动注射器，以实现3d打印设备挤出打印材料，显示控制电路板则主要用于根据控制指令控制3d打印设备的lcd(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)显示器，风扇控制电路板则主要用于根据控制指令控制3d打印设备的电扇的工作状态，以使电扇为3d打印设备送风。

此外，现有的3d打印设备具有的其他功能，本实用新型实施例提供的3d打印设备均可以实现，本实用新型实施例在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例还提供了一种3d打印设备的控制系统，该系统包括上述3d打印设备，还包括上位机；其中，上位机与3d打印设备的交换机通信，用于向3d打印设备发送控制指令。

进一步的，上述上位机的数量有多个，多个上位机均与3d打印设备的交换机通信。以及，3d打印设备的数量也为多个，多个3d打印设备的交换机与每个上位机均通信。

在实际应用中，上位机的数量和3d打印设备的数量为多个，多个上位机均与3d打印设备的交换机连接，且，多个3d打印设备的交换机与每个上位机均通信，从而实现一个上位机可以同时监测多个下位机的控制电路板，或者，多个上位机同时监测同一个下位机的控制电路板，或者，多个上位机交叉控制多个下位机的控制电路板，从而缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，便于3d打印设备扩展应用，满足了用户复杂的3d打印需求，提高了用户的体验度。

为了便于理解，这里以两个上位机控制两个下位机的控制电路板为例说明。如图3所示，上位机包括pc1和pc2，3d打印设备包括3d打印设备a和3d打印设备b。当pc1上位机控制3d打印设备a时，pc1通过第一通信接口发送websocket通信握手协议与3d打印设备a的交换机进行通信，并将控制指令发送至3d打印设备a的交换机，以使3d打印设备a的交换机根据该控制指令触发运动控制电路板，触发成功后，运动控制电路板可以根据控制指令控制3d打印设备a的打印喷头在x轴、y轴和z轴上运动。

在此过程中，pc1还可以通过3d打印设备a的交换机触发温度控制电路板，以使温度控制电路板根据pc1发动的控制指令控制3d打印设备a的打印喷头所需的温度，或者打印平台所需的温度，以及存储单元所需的温度等。此外，pc1还可以同时控制风扇控制电路板、电机控制电路板或显示控制电路板同时工作。

此外，在pc1控制3d打印设备a工作的同时，pc2也可以同时对3d打印设备a进行监控，例如：获取3d打印设备a的当前温度或者打印进度信息等相关监控信息，从而缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题。

在实际应用中，当运动控制电路板根据控制指令控制3d打印设备a的打印喷头在x轴、y轴和z轴上运动时，运动控制电路板还控制x轴、y轴、z轴进行找零操作，具体地，3d打印设备a为corexy结构，运动控制电路板会向x轴电机发送x+y个脉冲，向y轴电机发送x-y个脉冲，并得到如下公式：

其中，δx和δy代表x轴电机和y轴电机在正交坐标系下的坐标，δa和δb代表实际发送给电机的坐标。

当只运行x轴时，此时y轴等于0，根据上述公式(1)，可以得到x轴和y轴的电机脉冲数相同，此时x轴和y轴的电机同向运动，因此，3d打印设备a中皮带只带动x轴运动。同样的，当只运行y轴时，此时x轴等于0，根据上述公式(1)，可以得到x轴和y轴的电机脉冲数相反，此时x轴和y轴的电机反向运动，因此，3d打印设备a中皮带只带动y轴运动。

当x轴运动时，如果3d打印设备a的挡片触碰到x轴原点光电门，则运动控制电路板控制x轴停止，此时，为了更加精确的找到原点的位置，如图4所示，运动控制电路板控制x轴缓慢的反方向移动，直到光电门信号消失，然后x轴又以缓慢的速度靠近光电门，直到挡住光电门信号。此时，x轴回零完成，运动控制电路板通过交换机传输给上位机pc1/pc2。

在实际应用中，当上位机pc1控制3d打印设备b时，通过3d打印设备b的交换机控制3d打印设备b中的多个控制电路板。此时，如果3d打印设备b的运动控制电路板控制x轴、y轴、z轴进行找零操作时，如果3d打印设备b是三轴正交模式，且，拥有多个z轴时，则可以采用或门电路cd4078b实现每个z轴的找零操作。其中，如图5所示，多个z轴光电门信号motor(01-05)_neg_n分别连接在或门电路cd4078b的a/b/c/d/h引脚上，且，z轴原点信号zhome则连接在或门电路cd4078b的k引脚上。此时，在或门电路cd4078b中，多个z轴光电门信号中只要有一个信号被触发，则z轴原点信号zhome就会被触发。此外，或门电路cd4078b的实现原理则如图6所示。

进一步的，当需要控制3d打印设备a的打印喷头温度时，上位机通过3d打印设备a的交换机向温度控制电路板发送喷头控温指令。温度控制电路板接收到喷头控温指令后，对3d打印设备a的打印喷头的tec(thermoelectriccooler，半导体致冷器)制冷片进行功率输出，其中，功率输出的大小通过pid(proportionintegraldifferential)运算得出，具体计算公式如下：

其中，kp表示pid的比例系数，ki表示pid的积分系数，kd表示pid的微分系数，t表示时间，e表示误差，且该误差e为打印喷头的tec制冷片的设置值与输入值的差值。

温度控制电路板通过执行机构中的温度传感器获取打印喷头的tec制冷片的当前温度，然后通过交换机实时给上位机pc1/pc2反馈当前打印喷头的温度。当喷头类型为高温喷头时，只需把tec制冷片替换为加热模块即可，其他不变，本实用新型实施例在此不再赘述。

进一步的，当需要控制3d打印设备a出丝时，上位机pc1/pc2通过3d打印设备a的交换机向电机控制电路板发送出丝指令。当电机控制电路板接收到出丝指令时，电机控制电路板根据该出丝指令控制3d打印设备a的电机推动注射器，实现3d打印设备a挤出打印材料。此外，3d打印设备a的出丝方式为螺杆出丝，出丝指令中包含出丝量以及出丝速度。电机控制电路板通过导程把出丝量转换为电机旋转的圈数，把出丝速度转换为电机的旋转速度，从而实现3d打印设备a出丝。

此外，如图3所示，当3d打印设备b需要出丝时，上位机pc1/pc2向电机控制电路板发送出丝指令。其中，3d打印设备b有2种出丝方式，一种是电机螺杆出丝，出丝方式与3d打印设备a类似；另一种是气动挤出。其中，如果出丝指令为气动出丝指令时，气动出丝指令中包含气压大小信息以及电磁阀门是否打开信息，当电机控制电路板接收到气动出丝指令时，根据该气动出丝指令将气压值转换为对应的电流信号，并根据该电流信号控制比例阀输出对应的气压。

此时，如果出丝指令要求电磁阀门打开，则电机控制电路板通过mos(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金氧半场效晶体管)管控制电磁阀门打开气路。其中，mos管电路如图7所示，由于电磁阀需较大电流才能开启，因此，添加该mos管以提升驱动能力，以使电磁阀打开。图中采用mosfet_p(u3)为主要执行器件，当mcu_pump1为高电平时，mosfet_p处于关闭状态，此时电磁阀关闭；当mcu_pump1为低电平时，mosfet_p则处于开启状态，电源vdd12v通过mosfet_p流向mcu_mos1_out，此时连接在j80的电磁阀开启。

本实用新型实施例提供的3d打印设备的控制系统，包括3d打印设备和上位机，其中，3d打印设备包括：交换机，以及与交换机连接的多个控制电路板和每个控制电路板连接的执行机构；交换机与上位机通信，用于接收上位机发送的控制指令，以及，根据控制指令触发控制指令对应的控制电路板，以执行打印任务，缓解了现有的3d打印设备无法实现多台计算机上位机同时控制一个下位机电路板或者一台计算机上位机同时控制多个下位机电路板的技术问题，便于3d打印设备扩展应用，满足了用户复杂的3d打印需求，提高了用户的体验度。

本实用新型实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本实用新型实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的相对应过程，在此不再赘述。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。