Android智能手机与3D打印机交互的方法技术领域
本发明属于3D打印技术领域,尤其涉及一种控制终端与3D打印机的交互方法。
背景技术
3D打印机(3D Printers)是一种神奇的打印机,它不仅可以“打印”出一幢完整的
建筑,甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品,如今3D打印已经成为一种潮
流,并开始广泛应用在设计领域,尤其是工业设计,数码产品开模等,可以在数小时内完成
一个模具的打印,节约了很多产品到市场的开发时间。随着科学技术的高速发展,3D打印机
已逐渐进入人们视野,虽然现阶段并没有被普遍应用在各个领域,但是毋庸置疑的是该技
术以其独到之处正在不断成熟,并且应用也愈加广泛。
目前的3D打印机因为主要作用于工业设计领域,因此在普通日常生活中并没有被
普遍使用,这使整个3D打印机应用范围非常狭窄,在发展方向上遇到瓶颈;同时3D打印机目
前并没有并广泛应用进物联网领域,只是单独与电脑连接,接受电脑命令后打印,缺少利用
手机进行移动控制的3D打印系统,而且,现有的3D打印采用单光束激光聚焦为光源,打印的
速度和分辨率都受制于聚焦光斑的尺寸。
发明内容
本发明的目的在于:提供Android智能手机与3D打印机交互的方法,以解决3D打印
技术没有融合进物联网以及现有3D打印速度和分辨率都受制于聚焦光斑的寸的技术问题,
还能够适用于家庭,并具有曝光场面积大、效率高、低成本的优点。
本发明采用的技术方案如下:
Android智能手机与3D打印机交互的方法,其特征在于,包括两个并行的处理分
支,且两个处理分支为以下步骤:
S1:第一分支中,图像采集数据处理模块将待打印物体3D物理模型分层,并传送给
Android智能手机;第二分支中,Android智能手机搜索和调取存储于云服务端的待打印物
品的3D模型图,并将该3D模型图传输到下一级的3D打印机进行打印;
S2:第一分支中,根据打印纳米图案尺寸要求,Android智能手机模拟3D纳米图案
结构成型物理模型并设置分光系统参数,使分光系统将激光器输出的单束激光分为多束相
干光,并设定各路相干光束的入射角和空间角,各路相干光的偏振状态一致,通过参数设定
使多束相干光组合,在CCD显微成像系统和打印材料的表面上形成周期性的微纳复合结构
图案;CCD显微成像系统检测相干光形成的干涉结构图案信息并反馈给Android智能手机,
Android智能手机对分光系统的参数修正,使CCD显微成像系统检测干涉图案分布周期达到
打印纳米图案尺寸要求,参数设定完成;第二分支中,3D打印机对接收到的3D模型图解析为
3D打印机支持的格式;
S3:第一分支中,Android智能手机控制3D打印机在二维平面的扫描速度及方式,
相干光按照被打印物体3D物理模型截面轮廓逐点扫描,与被打印材料作用使作用处材料成
型,获得该截面轮廓的微纳复合结构薄片,设置3D打印机升起或下降一层微纳复合结构薄
片的距离后继续分层扫描,叠加成型的方式逐层增加材料生成微纳复合结构三维模型;第
二分支中,3D打印机打印已解析的3D模型图。
进一步的,第一分支中,相干光束数量为2-6束。
进一步的,第一分支中,分光系统设定各路相干光束入射角为0°-90°,空间角0°-
360°。
进一步的,第一分支中,3D打印机内设置有打印材料,所述多束相干光在干涉场内
产生强弱调制的光强度分布,用调制后重新分布的光强分布作为3D打印光源,在CCD显微成
像系统或打印材料的表面上形成周期性的微纳复合结构图案。
进一步的,第一分支中,Android智能手机设置分光系统参数时,干涉光场强度分
布周期达到打印纳米图案尺寸要求,图案周期50-5000nm,微纳复合结构图案为线栅、点阵
或多图形组合,图形占空比1:1-1:10。
进一步的,第一分支中,Android智能手机对分光系统的参数修正,由CCD显微成像
系统检测相干光形成的干涉图案信息并反馈给Android智能手机,与模拟3D纳米图案进行
比对,调整分光系统参数,减小误差,实现CCD显微成像系统检测干涉结构图案与打印图案
一致。
进一步的,第二分支中,在第一次使用该3D打印机进行打印时,在步骤S1之前还需
进行以下步骤:
(a)将网卡嵌入3D打印机,该网卡为有线网卡或无线网卡,并将智能处理芯片与网
卡相连,将该智能处理芯片内嵌入3D打印机同时与3D打印机相连,搜索到的3D模型图通过
网卡传输至3D打印机;
(b)为3D打印机上的网卡分配一个ID,并在智能处理芯片上设置一个存储模块。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
(1)由于现有3D激光打印采用单光束激光聚焦为光源,打印的速度和分辨率都受
制于聚焦光斑的尺寸,本发明采用多光束激光干涉技术产生的微纳复合周期性结构干涉光
为光源,曝光场面积大、效率高;本发明实现方式简单,采用了云服务端,只需几步便能通过
Android智能手机调取存储于云服务端的3D模型图,控制相配合的3D打印机打印出相关物
品,由于本发明实现方式简单,故用户只要懂得上网便能操作,避免了用户必须通过软件制
图使3D打印机适用范围过窄的问题,本发明的实现方法适用于各种用户,易于推广使用。
(2)由于激光干涉技术产生的图案结构从纳米级到微米级可调,具有图形特征尺
寸小、周期性好、图案密度可调性好的优点,使得微纳复合结构3D打印的周期设置更方便。
(3)由于本发明直接生成微纳复合结构的3D打印,节省打印材料,相比现有方法具
有快速、大面积、精密、低成本实现微纳复合材料3D打印的优点。
(4)本发明在3D打印机内还嵌有网卡,以便云平台与3D打印机实现实时信息交互,
同时由于智能终端与3D打印机并没有直接相连,而智能终端只负责在云服务端上搜索相应
的家用3D模型图,并由云服务端传输至3D打印机,因此由于这种间接连接方式使智能终端
不直接与3D打印机相连,不只通过电脑命令控制,避免了接口与协议的限制,使这种3D打印
更加方便和简单;同时本发明将云服务端和3D打印机结合,使人们能够选择更多的家用物
品进行3D打印。
附图说明
图1是本发明的原理示意图;
图2是本发明的3D打印机内部硬件拓扑图;
图3是六光束激光分光系统示意图;
图4是六光束激光干涉3D打印系统示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何
方式组合。
下面结合图1~图4对本发明作详细说明。
Android智能手机与3D打印机交互的方法,包括图像采集数据处理模块4、激光器
1、分光系统2、Android智能手机5、CCD显微成像系统6、云服务端和3D打印机3,云服务端,用
于存储3D打印软件,并转发控制命令,与3D打印机、Android智能手机进行信息交互。
该云服务端在本实施例中优选由云服务供应商提供,则搜索到的产品非常齐全,
本发明的3D打印机安装在家里,因此用户在云服务端主要提供家用产品如牙刷、杯子等。
为了更好地实现3D打印机的功能,在该3D打印机上还连接有智能处理芯片,该智
能处理芯片内嵌在3D打印机内,用于接收3D打印机发送的信息并处理、回馈。
当3D打印机与云服务端通过网络连通后,在云服务端上连接Android智能手机。
由于从云服务端搜索到的3D模型图可能是不符合3D打印机打印标准的图片,因此
为了更好地实现打印功能,可在云服务端上安装一个打印软件,该打印软件的工作过程如
下:
(1)将打印软件存储到云服务端,根据云计算的SaaS,即云服务端的运营服务商,
该打印软件进行服务;
(2)用户通过PC机在云服务端选定一个素材后,该素材对应的存储在云服务端的
3D模型程序加载到打印软件中;
(3)打印软件将该3D模型程序进行解码,形成3D模型图,并通过网卡将图传输至3D
打印机;
综上所述,该打印软件类似于现有技术中的office软件,为3D打印机的配套软件,
该软件为现有3D打印机使用的软件,故不多做描述。
为了加强保密功能,用户在每个3D打印机上分配了一个ID,并对每个ID进行了加
密,用户需要在PC机上输入该3D打印机对应的密码才能使用3D打印机,以保证外界不会侵
入该3D打印机。
本发明的实现方法如下:
(a)用户在Android智能手机上选择自家的3D打印机,并输入该3D打印机的ID对应
的密码,在密码配对成功后进入下一步;
(b)用户以Android智能手机为入口进行云服务端搜索,搜索需要打印的素材——
杯子,在选择了素材后,打印软件对该素材进行解码,生成杯子的3D模型图,并将该3D模型
图发送至3D打印机;
(c)3D打印机接收到3D模型图之后,将该3D模型图发送至智能处理芯片,智能处理
芯片进行解析,生成3D打印机需要的格式后将该3D模型图发送至3D打印机的数控打印单
元;
(d)数控打印单元接收到3D模型图后3D打印机进行打印,3D打印机最后打印出一
个杯子,与此同时智能处理芯片将解析后的3D模型图存储在存储模块中,下次使用该3D模
型图时无需再重新从云存储端查询和解码。
在第二次使用该3D模型图时,通过PC机与3D打印机上的网卡相连,并通过网卡进
入存储模块查询已加载或打印过的3D模型图,直接发出再次打印的命令即可。
按照上述实施例,便可很好地实现云服务,而Android智能手机与3D打印机构成的
整个系统的信息交互关系如下:
首先图像采集数据处理模块将打印物体3D扫描后生成物理模型分层,并传送给
Android智能手机;根据打印纳米图案尺寸要求,Android智能手机模拟3D纳米图案结构成
型物理模型并设置分光系统参数,使分光系统将激光器输出的单束激光分为多束相干光,
并设定各路相干光束的入射角和空间角,各路相干光的偏振态一致,通过参数设定使多束
相干光组合,在CCD显微成像系统和打印材料的表面上形成周期性微纳复合结构图案;CCD
显微成像系统检测相干光形成的干涉结构图案信息并反馈给Android智能手机,Android智
能手机对分光系统的参数修正,使CCD显微成像系统检测干涉图案分布周期达到打印纳米
图案尺寸要求,参数设定完成;Android智能手机通过精确地控制3D打印机在二维平面的扫
描速度及方式,相干光按照被打印物体3D物理模型截面轮廓逐点扫描,与被打印材料作用
使作用处材料成型,获得该截面轮廓的微纳复合结构薄片,设置3D打印机升起或下降一层
薄片的距离后继续分层扫描,叠加成型的方式逐层增加材料生成微纳复合结构三维模型。
由紫外激光器(355nm)发出的激光经过分光系统后分为6束干涉光,图中光路I、
II、III为入射光束,光路IV、V、VI为调制光束。入射光I、II、III的空间角成系统中心轴对称
分布,即为0°、120°和240°,调制光IV、V、VI的空间角分别与三束入射光的空间角相同,但入
射角不同。入射光束入射角为30°,调制光束入射角为35°。干涉结构以正三角形分布的点阵
为大周期(6μm)并以孔阵为小周期(500nm)的微纳复合双重二维结构。
六光束激光干涉3D打印系统,首先使用图像采集数据处理模块将待打印物体(如
正方体)3D物理模型切片分层,并传送给Android智能手机,根据打印纳米图案尺寸要求
(500nm/6μm),Android智能手机模拟3D纳米图案结构成型物理模型并控制分光系统4将激
光器输出的单束激光分为六束相干光,通过参数设定使相干光干涉,并在CCD显微成像系统
和打印材料(SU8光刻胶)的表面上形成以正三角形分布的点阵为大周期并以孔阵为小周期
的微纳复合双重二维结构。CCD显微成像系统干涉结构图案信息并反馈给Android智能手
机,Android智能手机对分光系统参数修正,使CCD显微成像系统检测干涉图案分布周期达
到打印纳米图案尺寸要求。参数设定完成。Android智能手机精确地控制3D打印机在二维平
面的扫描速度1mm/s,并按照被打印物体3D物理模型截面轮廓逐点扫描,相干光与光刻胶作
用使作用处材料成型,单层扫描完成获得该截面轮廓的微纳复合结构薄片,设置3D打印机
升起或下降一层薄片的距离(500nm)后继续分层扫描,叠加成型的方式逐层增加材料,显影
后生成微纳复合结构三维模型。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的,而并非要限制本发明的范围。本
发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修
改,均应涵盖在本发明的范围之内。