一种粘结剂喷射金属3D打印自动化产线控制系统及方法与流程

本发明属于3d打印领域，具体涉及一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统及方法。

背景技术：

1、目前，粘结剂喷射3d打印设备因其低成本、高效率的特点，被广泛应用于铸造金属产品的生产，粘结剂喷射技术是一种能够实现批量制造的金属3d打印工艺。其采用高精度打印头将粘结剂有选择的喷射在金属粉末表面，通过层层打印制造形成生坯，对打印后的生坯进行脱脂和烧结，最终生产出高性能零件。与传统铸造以及其他金属3d打印技术相比，该工艺尤其适合中小批量、甚至大批量的零件低成本、高效无模制造，尤其适合于民用市场。

2、目前粘结剂喷射3d金属打印机运动控制一般只有x轴通过光栅尺来控制精度，而y轴和z轴通过步进电机或者伺服电机来进行控制，设备整体运动控制精度不高，无法满足大批量生产对产品一致性的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，包括打印单元、上料单元、搬运单元、固化单元和清粉单元，打印单元包括：数据采集模块、pc端、mcu微控制单元、数据处理模块以及运动模块；pc端对三维数据模型进行切片数据处理，将处理后的信息通过通信方式传输给mcu，数据处理模块对传输的信息进行数据处理，转换为控制板所识别的机器语言对相应的运动模块及喷头进行控制，数据采集模块将相应的传感器、编码器、限位开关等信息反馈给pc端，通过pc端的相应处理对整个机器进行反馈控制；

4、所述mcu包括stm32控制板、fpga运动控制板及fpga喷头控制板；stm32控制板和fpga运动控制板均与pc端电性连接，fpga喷头控制板与fpga运动控制板电性连接；

5、所述数据采集模块包括：测距传感器、光栅尺和限位开关；限位开关包括：x轴限位开关、y轴限位开关、z轴限位开关和二级料仓限位开关；光栅尺包括：x轴光栅尺、y轴光栅尺和z轴光栅尺；x轴限位开关、y轴限位开关、x轴光栅尺、y轴光栅尺与fpga喷头控制板相连接；z轴限位开关、z轴光栅尺、测距传感器与stm32控制板相连接。

6、进一步地，所述数据处理模块与fpga运动控制板相连接，数据处理模块对模型图像信息进行分析处理，并将处理信息传输给fpga喷头控制板。

7、进一步地，所述运动模块包括：x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机、铺粉电机、二级料仓下料电机、喷头升降电机、清洗喷头电机、二级搅拌电机、墨泵以及驱动器；x轴伺服电机、y轴伺服电机、墨泵、喷头升降电机、清洗喷头电机通过驱动器与fpga运动控制板相连接；z轴伺服电机、铺粉电机、二级料仓下料电机、二级搅拌电机通过驱动器与stm32控制板相连接。

8、进一步地，打印时，计算机软件将模型的信息转换为运动控制的信息，并发送至mcu；其中，z轴、铺粉电机以及二级料仓下料电机的运动信息通过串口发送至stm32控制板，x轴、y轴以及喷头升降电机的运动信息通过以太网口发送至fpga运动控制板；

9、stm32运动控制板接收到运动信息后，将其转换为电机控制信号，通过步进电机驱动器来控制电机运动；同时，stm32控制板采集二级料仓料位、z轴限位开关的信号，检测是否缺料、是否运动到极限位置，并将状态返回给计算机软件；

10、fpga控制板接收到运动信息后，将运动信号转换为电机控制信号，进而通过驱动器控制步进电机运动；同时采集x轴、y轴和喷头升降的限位开关状态，判断运动位置；fpga运动控制板会将接收到的计算机发送的打印图像信息发送至喷头控制板，喷头控制板控制喷头进行喷墨，配合x、y轴的移动完成图像的打印。

11、进一步地，所述上料单元包括plc，plc上连接有料位计、上料电机以及下料阀，并且plc与pc端电性连接。

12、进一步地，当stm32运动控制板检测到二级料仓缺料时，会将信号发送至计算机，计算机软件会控制plc来启动二级料仓加料，同时检测一级料仓料量进行上料。

13、进一步地，所述搬运单元包括：mcu1控制板和wifi1模块，mcu1控制板通过wifi1模块与pc端进行远程通信。

14、进一步地，所述固化单元包括：mcu2控制板和wifi2模块，mcu2控制板通过wifi2模块与pc端进行远程通信。

15、进一步地，所述清粉单元包括：mcu3控制板和wifi3模块，mcu3控制板通过wifi3模块与pc端进行远程通信。

16、一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制方法，包括以下步骤：

17、s1，在pc端的软件中选择模型并设置相关参数；

18、s2，开始打印，根据设置的参数来控制打印单元的运动模块进行铺粉；

19、s3，逐层打印，每打印完一层粉缸活塞会下降一层的距离并进行下一层铺粉和打印，以此逐层堆叠完成整体的打印；打印过程中，当二级料仓料位传感器检测到缺粉时，控制加料单元进行自动加粉；

20、s4，打印完成后，pc端将控制信号发送至搬运单元，搬运单元将粉缸取出并运送至固化单元进行加热；

21、s5，加热完成后，搬运单元将粉缸取出并运送至清粉单元进行清粉和粉末回收。

22、本发明的有益效果：

23、1、通过在打印单元的数据采集模块中设置x轴光栅尺、y轴光栅尺和z轴光栅尺，相比于现有技术中在y轴和z轴通过步进电机或者伺服电机来进行控制而言，提高了控制精度，从而满足大批量生产对产品一致性的要求。

24、2、采用自动化产线，解决了工人劳动强度高、自动化程度低的问题。

技术特征：

1.一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，包括：打印单元、上料单元、搬运单元、固化单元和清粉单元，打印单元包括：数据采集模块、pc端、mcu、数据处理模块以及运动模块；pc端对三维数据模型进行切片数据处理，将处理后的信息传输给mcu，数据处理模块对传输的信息进行数据处理，转换为机器语言对运动模块进行控制，数据采集模块将传感器、编码器以及限位开关信息反馈给pc端，通过pc端的处理对机器进行反馈控制；

2.根据权利要求1所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，所述数据处理模块与fpga运动控制板相连接，数据处理模块对模型图像信息进行分析处理，并将处理信息传输给fpga喷头控制板。

3.根据权利要求2所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，所述运动模块包括：x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机、铺粉电机、二级料仓下料电机、喷头升降电机、清洗喷头电机、二级搅拌电机、墨泵以及驱动器；x轴伺服电机、y轴伺服电机、墨泵、喷头升降电机、清洗喷头电机通过驱动器与fpga运动控制板相连接；z轴伺服电机、铺粉电机、二级料仓下料电机、二级搅拌电机通过驱动器与stm32控制板相连接。

4.根据权利要求3所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，打印时，计算机软件将模型的信息转换为运动控制的信息，并发送至mcu；其中，z轴、铺粉电机以及二级料仓下料电机的运动信息通过串口发送至stm32控制板，x轴、y轴以及喷头升降电机的运动信息通过以太网口发送至fpga运动控制板；

5.根据权利要求4所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，所述上料单元包括plc，plc上连接有料位计、上料电机以及下料阀，并且plc与pc端电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，当stm32运动控制板检测到二级料仓缺料时，会将信号发送至计算机，计算机控制plc来启动二级料仓加料，同时检测一级料仓料量进行上料。

7.根据权利要求1所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，所述搬运单元包括：mcu1控制板和wifi1模块，mcu1控制板通过wifi1模块与pc端进行远程通信。

8.根据权利要求1所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，所述固化单元包括：mcu2控制板和wifi2模块，mcu2控制板通过wifi2模块与pc端进行远程通信。

9.根据权利要求1所述的一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制系统，其特征在于，所述清粉单元包括：mcu3控制板和wifi3模块，mcu3控制板通过wifi3模块与pc端进行远程通信。

10.一种粘结剂喷射金属3d打印自动化产线控制方法，使用权利要求3-6任一项所述的方法其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种粘结剂喷射金属3D打印自动化产线控制系统及方法，属于3D打印领域；控制系统包括打印单元，打印单元包括：数据采集模块、PC端、MCU、数据处理模块以及运动模块；所述MCU包括STM32控制板、FPGA运动控制板及FPGA喷头控制板；STM32控制板和FPGA运动控制板均与PC端电性连接，FPGA喷头控制板与FPGA运动控制板电性连接；所述数据采集模块包括：测距传感器、光栅尺和限位开关；限位开关包括：X轴限位开关、Y轴限位开关、Z轴限位开关和二级料仓限位开关；光栅尺包括：X轴光栅尺、Y轴光栅尺和Z轴光栅尺；X轴限位开关、Y轴限位开关、X轴光栅尺、Y轴光栅尺与FPGA喷头控制板相连接；Z轴限位开关、Z轴光栅尺、测距传感器与STM32控制板相连接。

技术研发人员：赵新,李腾飞,李振亮,梁吉祥,毕晓臣
受保护的技术使用者：北京迅智立方科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16