一種應(yīng)用嵌入式plc的3d打印系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用嵌入式PLC的3D打印系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造，多是采用模具將原料成型為毛坯，而后采用機(jī)加工等方法去除 多余材料，成型為要求尺寸的部件，可稱為"減材制造法"。而3D打印制造技術(shù)與之相反，是 通過材料的逐層添加制造出三維物體，定義為"增材制造"法。在過去由于3D打印只能使用 塑料(聚合物)材料，因此3D打印并沒有被大型產(chǎn)業(yè)所重視，而目前LENS打印技術(shù)的發(fā)展可 以將3D打印運(yùn)用到航空航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)等大型產(chǎn)業(yè)?？删幊绦蚩刂破?PLC)是專門為 工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，制造業(yè)在鑄造過程中通過PLC控制3D過程，采用多層次的抗干擾措施，使 3D打印的的穩(wěn)定性和可靠性大大提高?，F(xiàn)有的3D打印系統(tǒng)，對于3D全金屬打印精確度不高， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也越來越強(qiáng)，使用越來越方便。為了提高PLC控制系統(tǒng)的 對3D打印的可靠性，關(guān)鍵在于硬件和軟件上設(shè)置雙重保護(hù)。嵌入可編程控制邏輯PLC的3D打 印結(jié)合LENS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)"全金屬打印"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用嵌入式PLC的3D打印系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的3D打印 系統(tǒng)，對于3D全金屬打印精確度不高的問題。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)，可編程控制邏輯 PLC中央系統(tǒng)分別連接激光器噴頭、材料盒，監(jiān)視器、變送器，變送器通過隔離器連接配電 器，激光器噴頭設(shè)有若干噴頭，噴頭對準(zhǔn)打印模型；
[0005] 可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)連接材料盒控制材料盒設(shè)備的正常精確打印?？删?程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)依次連接變送器、隔離器和配電器，是為了防止電場信號干擾可編 程控制邏輯PLC中央系統(tǒng);激光器噴頭實(shí)現(xiàn)全金屬打印，通過光纖激光頭起到切割機(jī)一樣的 作用。
[0006] 進(jìn)一步，所述可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)連接材料盒控制材料盒設(shè)備的正常精 確打印中，嵌入式PLC可進(jìn)行邊探測邊打印，探測辦法通過高斯卷積公式計(jì)算探測邊緣，從 而達(dá)到高精準(zhǔn)度探測獲?。?br>[0007] Gx Gy Gz為某個(gè)點(diǎn)在X，y，z三個(gè)軸的卷積核點(diǎn)，由高斯卷積得到：
[0008]
(1)
[0009] 其中可將解析結(jié)果帶入變量^中，出現(xiàn)平率比較高的隆起點(diǎn)代表輪廓邊緣，那么探 測到的結(jié)果向量集為：
[0010] 1? I = (/J)2 + Gy(i,If + G^jf ； (?
[0011] 向量角θ?,」= &；Γ(3?&η(6γ(;?，j)/Gx(i, j)); (3)
[0012] 〇Lj = mxtm(G:(i,j)/G}(i,j)) i (4)
[0013] Θ；, = arctan(G_(/,j)/Gs(6/,j)) ； (5)
[0014] 在3D打印過程中將液態(tài)光敏聚合物噴射為很薄的層，再通過UV(紫外線)光將其固 化。
[0015] 進(jìn)一步，所述激光器噴頭的打印過程:利用可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)進(jìn)行PLC 控制，將材料粉末吹入精心引導(dǎo)的高功率激光束，3D打印過程中激光束的粉末會落在一邊， 遇到激光焦點(diǎn)的粉末會立即融化并融合到增長部分的表面，因此當(dāng)激光焦點(diǎn)掃描過打印對 象的輪廓，打印頭吹出更多的粉末時(shí)，部件就會一層一層地逐漸增長。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是有效地提高3D打印精確度，從而實(shí)現(xiàn)3D全金屬打印。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明嵌入式PLC的3D打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，1.可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)，2.激光器噴頭，3 .材料盒，4.監(jiān)視器，5.變 送器，6.隔離器，7.配電器，201.噴頭，202.打印模型。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020] 本發(fā)明可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)如圖1所示，包括可編程控制邏輯PLC中央系 統(tǒng)1，可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1分別連接激光器噴頭2、材料盒3,監(jiān)視器4、變送器5,變 送器5通過隔離器6連接配電器7,激光器噴頭2設(shè)有若干噴頭201，噴頭201對準(zhǔn)打印模型 202〇
[0021]可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1連接材料盒控制材料盒設(shè)備的正常精確打印?？删?程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1依次連接變送器5、隔離器6和配電器7,是為了防止電場信號干擾 可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1。
[0022]激光器噴頭2實(shí)現(xiàn)全金屬打印，通過光纖激光頭起到切割機(jī)一樣的作用，打印時(shí)采 用光纖激光頭的YAG固態(tài)激光器可實(shí)現(xiàn)全金屬打印。
[0023]其中，可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1連接材料盒3控制材料盒設(shè)備的正常精確打 印中，流體滑動邊緣探測是本3D打印技術(shù)的核心，要實(shí)現(xiàn)全金屬打印必須以提高精確度為 前提。嵌入式PLC可進(jìn)行邊探測邊打印，探測辦法通過高斯卷積公式計(jì)算探測邊緣，從而達(dá) 到高精準(zhǔn)度探測獲取。
[0024] Gx Gy Gz為某個(gè)點(diǎn)在x，y，z三個(gè)軸的卷積核點(diǎn)（convolution kernels)。由高斯卷
[0025] 積得到：
； （1)
[0026] 其中可將解析結(jié)果帶入變量^中。出現(xiàn)平率比較高的隆起點(diǎn)代表輪廓邊緣，那么探 測到的結(jié)果向量集為：
[0027] jcr；,|-^Gji^^G^jf+GAij)2 ； (2:)
[0028] 向量角9i,j = arctan(Gy(i，j)/Gx(i, j)); (3)
[0029] dt , = i!rctiin(G';(/, /)/G. (/, /)) ； (4)
[0030] θ/j = arctan(G; (/, j)/Gt (/, j)) ； (5)
[0031] 在3D打印過程中將液態(tài)光敏聚合物噴射為很薄的層，再通過UV(紫外線)光將其固 化。關(guān)鍵是噴射的液滴可快速、精確地形成16μπι的薄層，這個(gè)精度就可以完成高分辨率形狀 和高精度尺寸的工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用了，再通過多個(gè)打印頭，打印不同的材料和提高打印速度， 所以具備了競爭性的市場化技術(shù)條件。
[0032]為了防止電場信號干擾可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1，本技術(shù)采用基于邊緣探測 的高斯卷積convolution，如果一個(gè)線性系統(tǒng)(這里是濾波器)的沖擊響應(yīng)是H(t)，那么對于 任何輸入X(t)，可以通過convolution計(jì)算出y(t) .3D打印系統(tǒng)在離散狀態(tài)下是由沖擊響應(yīng) 序列：
[0033] 在每個(gè)濾波響應(yīng)區(qū)域可以由高斯邊緣探測獲得重疊元素，從而通過軟件濾波進(jìn)行 刪減降維。優(yōu)化后重疊模型如下
[0034] (1 )D1 = (x-xo)2+(y-yo)2+-r2 ； (6)
[0035] (2)D1 = (x-xo)2+(y-(yo)-c) )2-r2； (7)
[0036] (3)D2 = Dl+2c(y-yO)+c2； (8)
[0037] (4)Dl(P2)=Dl(Pl)+2d(y-yO)+d2； (9)
[0038] 由此測量到k個(gè)變化堆疊向量…Λ j。把所有探測到的向量組成一個(gè)矩陣
[0039]
, (10)
[0040] 根據(jù)以上結(jié)果，設(shè)置一個(gè)濾波探測結(jié)果計(jì)數(shù)器，將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較： 如果采樣值=當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零如果采樣值〈> 當(dāng)前有效判斷計(jì)數(shù)器是否 > =上限N (溢出），如果計(jì)數(shù)器溢出，則將本次值替換當(dāng)前有效值，并清計(jì)數(shù)器。
[0041] 激光器噴頭2的打印過程:利用可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)1進(jìn)行PLC控制，將材 料粉末吹入精心引導(dǎo)的高功率激光束，3D打印過程中激光束的粉末會落在一邊，遇到激光 焦點(diǎn)的粉末會立即融化并融合到增長部分的表面，因此當(dāng)激光焦點(diǎn)掃描過打印對象的輪 廓，打印頭吹出更多的粉末時(shí)，部件就會一層一層地逐漸增長。利用可編程控制邏輯PLC可 并行利用多個(gè)打印頭同時(shí)向激光束吹粉末，使用多種基礎(chǔ)金屬按照比例打印出"合金"，該 比例可以根據(jù)打印頭的位置調(diào)整，生成各種級別的合金，從而進(jìn)行"金屬打印"。
[0042]打印模型是通過金屬原料打印三維模型，三維模型師使用本體庫建立打印模型， 本體庫根據(jù)本體元素關(guān)系實(shí)體表建立，如表1所示。
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 建立本體庫后在高斯邊緣探測后會根據(jù)本題庫建立3D打印普適計(jì)算模型。有了普 適計(jì)算模型后，PLC連接的材料盒通過激光打印過程中會自適應(yīng)調(diào)整打印精確度，從而實(shí)時(shí) 打印出全金屬模型。下表2為現(xiàn)有的3D打印方法和本發(fā)明3D打印方法的精確度對比。
[0046] 一
[0047]
[0048]以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限 制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均 屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用嵌入式化C的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:包括可編程控制邏輯化C中央系統(tǒng) (1)，可編程控制邏輯化C中央系統(tǒng)（1)分別連接激光器噴頭(2)、材料盒(3)，監(jiān)視器(4)、變 送器(5)，變送器巧)通過隔離器(6)連接配電器(7)，激光器噴頭(2)設(shè)有若干噴頭(201)，噴 頭(201)對準(zhǔn)打印模型(202); 可編程控制邏輯化C中央系統(tǒng)（1)連接材料盒(3)控制材料盒設(shè)備的正常精確打印，可 編程控制邏輯化C中央系統(tǒng)（1)依次連接變送器(5)、隔離器(6)和配電器(7)，是為了防止電 場信號干擾可編程控制邏輯化C中央系統(tǒng)（1);激光器噴頭(2)實(shí)現(xiàn)全金屬打印，通過光纖激 光頭起到切割機(jī)一樣的作用。2. 按照權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用嵌入式化C的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述可編程控 制邏輯化C中央系統(tǒng)（1)連接材料盒(3)控制材料盒設(shè)備的正常精確打印中，嵌入式化C可進(jìn) 行邊探測邊打印，探測辦法通過高斯卷積公式計(jì)算探測邊緣，從而達(dá)到高精準(zhǔn)度探測獲??； Gx Gy Gz為某個(gè)點(diǎn)在X，y，ζΞ個(gè)軸的卷積核點(diǎn)，由高斯卷積得到：(]) 其中可將解析結(jié)果帶入變量t中，出現(xiàn)平率比較高的隆起點(diǎn)代表輪廓邊緣，那么探測到 的結(jié)果向量集為：在3D打印過程中將液態(tài)光敏聚合物噴射為很薄的層，再通過UV(紫外線)光將其固化。3. 按照權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用嵌入式PLC的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器噴 頭(2)的打印過程:利用可編程控制邏輯化C中央系統(tǒng)（1)進(jìn)行化C控制，將材料粉末吹入精 屯、引導(dǎo)的高功率激光束，3D打印過程中激光束的粉末會落在一邊，遇到激光焦點(diǎn)的粉末會 立即融化并融合到增長部分的表面，因此當(dāng)激光焦點(diǎn)掃描過打印對象的輪廓，打印頭吹出 更多的粉末時(shí)，部件就會一層一層地逐漸增長。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用嵌入式PLC的3D打印系統(tǒng)，可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)分別連接激光器噴頭、材料盒，監(jiān)視器、變送器，變送器通過隔離器連接配電器，激光器噴頭設(shè)有若干噴頭，噴頭對準(zhǔn)打印模型；可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)連接材料盒控制材料盒設(shè)備的正常精確打印?？删幊炭刂七壿婸LC中央系統(tǒng)依次連接變送器、隔離器和配電器，是為了防止電場信號干擾可編程控制邏輯PLC中央系統(tǒng)；激光器噴頭實(shí)現(xiàn)全金屬打印，通過光纖激光頭起到切割機(jī)一樣的作用。本發(fā)明的有益效果是有效地提高3D打印精確度，從而實(shí)現(xiàn)3D全金屬打印。
【IPC分類】B29C67/00, B33Y50/02
【公開號】CN105538708
【申請?zhí)枴緾N201510915973
【發(fā)明人】吳燁
【申請人】云南民族大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月11日