3D打印机的打印缺陷弥补方法和系统.pdf

本发明提供了一种3D打印机的打印缺陷弥补方法和系统，其中所述方法包括：监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；且所述方法至少包括以下的一个步骤：如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。上述方法能够3D打印机在打印过程中可以快速进行模型的优化控制，大大提高打印的精度。

1.  一种3D打印机的打印缺陷弥补方法，其特征在于，包括：
监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
且所述方法至少包括以下的一个步骤：
如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；
如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。

2.  根据权利要求1所述的3D打印机的打印缺陷弥补方法，其特征在于，所述监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点，具体包括：
确定当前打印层的N个打印位置中的每个位置的预期熔丝量Q→=(q1,q2,···,qN);]]>
确定当前打印层的层N个打印位置中的每个位置的实际熔丝量Q′→=(q′1,q′2,···,q′N);]]>
计算预期熔丝量与实际熔丝量之间的差值
Q′→-Q→=(q′1-q1,q′2-q2,···,q′N-qN)]]>
针对每一个打印位置i，如果q′_i-q_i＜-δ₂，则打印位置i的熔丝量较少成为凹点；如果q′_i-q_i＞δ₂，则打印位置i的熔丝量较多成为凸点；其中δ₂为预设的误差门限值。

3.  根据权利要求1所述的3D打印机的打印缺陷弥补方法，其特征在于，所述如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打，具体包括：
确定当前打印层的凹点位置；确定当前打印层打印完毕后打印头的位置S；确定下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T；
根据当前打印层打印完毕后打印头的位置S、每一凹点位置、下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T，生成打印头补打的移动路径。

4.  根据权利要求3所述的3D打印机的打印缺陷弥补方法，其特征在于，根据最短路径算法生成打印头补打的移动路径。

5.  根据权利要求1所述的3D打印机的打印缺陷弥补方法，其特征在于，所述在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量，具体包括：
在打印下一打印层的与所述凸点相对于的位置的时候，降低熔丝量，且所述减低的熔丝量为q’_i-q_i。

6.  根据权利要求1所述的3D打印机的打印缺陷弥补方法，其特征在于，所述方法还包括：
实时监测打印头的打印位置，当所述打印位置不等于预定位置时，对所述打印头的位置进行调整。

7.  一种3D打印机的打印缺陷弥补系统，其特征在于，包括：
监控模块，用于监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
控制模块，用于控制对凸点和/或凹点的调整；即如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。

8.  一种3D打印机的打印头，其特征在于，包括打印头本体和设置在所述打印头本体上的设有用于检测实际熔丝量的传感器。

9.  根据权利要求8所述的3D打印机的打印头，其特征在于，所述传感器为红外表面传感器，以通过检测熔丝的移动方向和距离来确定实际熔丝量。

10.  根据权利要求8所述的3D打印机的打印头，其特征在于，所述打印头本体上还设有用于检测打印头位移量的位移传感器。

3D打印机的打印缺陷弥补方法和系统
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是指一种3D打印机的打印缺陷弥补方法和系统。
背景技术
3D打印是新型的成型技术，其中填料堆积型打印技术是最常用的3D打印技术。现有技术中的3D打印机的结构一般都分为上下两层，上层为打印头及XY传动结构，下层为载物平台。其中上层的XY传动结构包括能够在X轴和Y轴所形成的平面能够进行移动的打印头，且下层设有载物平台。现有技术中的3D打印机的载物平台可以沿Z轴方向上升或下降，从而按层打印3D工件。
在打印时，填料堆积型打印技术是利用加热的打印头融合填料，通过控制打印头将熔融状的填料堆叠在指定位置，从而将3D模型转化成实体的3D工件。这种成型方式最大的优点是：填料成本低、浪费少、打印机结构简单易于维修。但是由于打印头的位移和熔丝量都是通过机械控制的，因此难免会出现移动位置和熔丝量多少不精确，从而导致在打印工件的当前打印层是出现凸点和/或凹点。其中凸点就是指在某一预定位置的输出的填料大于预定值，而凹点是指在某一预定位置的输出的填料大于预定值。这种凸点和/或凹点的现象可能是由于打印头位移量控制不精确导致在预定位置输出的填料被输出到了其他位置而造成了凸点和/或凹点；也可能是由于在预定位置的熔丝量大于或小于预定值而造成了凸点和/或凹点。而无论是由于位置偏差还是熔丝量错误，其最终结果都是在预定位置输出的填料量不等于预期值，最终导致了凸点和/或凹点。
由于现有的填料堆积型打印技术是逐层打印的，因此一旦在当前层出现凸点和/或凹点而未被解决，就会导致误差被逐层累积，最终导致打印精度下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种3D打印机的打印缺陷弥补方法和系统，能够及时对3D打印过程中的凸点和/或凹点进行补救，以防止误差累积导致的打印精度下降。
为了达到上述目的，本发明实施例提出了一种3D打印机的打印缺陷弥补方法，包括：
监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
且所述方法至少包括以下的一个步骤：
如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；
如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。
其中，所述监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点，具体包括：
确定当前打印层的N个打印位置中的每个位置的预期熔丝量Q→=(q1,q2,···,qN);]]>
确定当前打印层的层N个打印位置中的每个位置的实际熔丝量Q′→=(q′1,q′2,···,q′N);]]>
计算预期熔丝量与实际熔丝量之间的差值
Q′→-Q→=(q′1-q1,q′2-q2,···,q′N-qN)]]>
针对每一个打印位置i，如果q′_i-q_i＜-δ₂，则打印位置i的熔丝量较少成为凹点；如果q′_i-q_i＞δ₂，则打印位置i的熔丝量较多成为凸点；其中δ₂为预设的误差门限值。
其中，所述如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打，具体包括：
确定当前打印层的凹点位置；确定当前打印层打印完毕后打印头的位置S；确定下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T；
根据当前打印层打印完毕后打印头的位置S、每一凹点位置、下一打印层 开始打印时预定的打印头的位置T，生成打印头补打的移动路径。
其中，根据最短路径算法生成打印头补打的移动路径。
其中，所述在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量，具体包括：
在打印下一打印层的与所述凸点相对于的位置的时候，降低熔丝量，且所述减低的熔丝量为q’_i-q_i。
其中，所述方法还包括：
实时监测打印头的打印位置，当所述打印位置不等于预定位置时，对所述打印头的位置进行调整。
同时，本发明实施例还提出了一种3D打印机的打印缺陷弥补系统，包括：
监控模块，用于监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
控制模块，用于控制对凸点和/或凹点的调整；即如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。
同时，本发明实施例还提出了一种3D打印机的打印头，其特征在于，包括打印头本体和设置在所述打印头本体上的设有用于检测实际熔丝量的传感器。
其中，所述传感器为红外表面传感器，以通过检测熔丝的移动方向和距离来确定实际熔丝量。
其中，所述打印头本体上还设有用于检测打印头位移量的位移传感器。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方法能够3D打印机在打印过程中可以快速进行模型的优化控制，大大提高打印的精度。
附图说明
图1为进行凹点补打时生成打印头补打的移动路径的示意图；
图2为形成凸点的原理图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实例进行详细描述。
本发明实施例提出了一种3D打印机的打印缺陷弥补方法，包括：
监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
且所述方法至少包括以下的一个步骤：
如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；
如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。
其中，形成凹点和凸点的原因在此不再复述。而解决的方法可以包括以上的凹点解决方法和/或凸点解决方法进行处理。其中凹点解决方法具体为：记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打。而凸点解决方法具体为：记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。
在上述方法中，可以通过传感器检测实际熔丝量，并与预设的熔丝量进行比对，来确定是否发生了凹点和/或凸点。具体的，可以利用红外表面传感器来检测融丝的移动方向和距离，以确定实际熔丝量。
具体的，所述监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点，具体包括：
确定当前打印层的N个打印位置中的每个位置的预期熔丝量Q→=(q1,q2,···,qN);]]>
确定当前打印层的层N个打印位置中的每个位置的实际熔丝量Q′→=(q′1,q′2,···,q′N);]]>
计算预期熔丝量与实际熔丝量之间的差值
Q′→-Q→=(q′1-q1,q′2-q2,···,q′N-qN)]]>
针对每一个打印位置i，如果q′_i-q_i＜-δ₂，则打印位置i的熔丝量较少成为凹点；如果q′_i-q_i＞δ₂，则打印位置i的熔丝量较多成为凸点；其中δ₂为预设的误差门限值。
其中，所述如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打，具体包括：
确定当前打印层的凹点位置；确定当前打印层打印完毕后打印头的位置S；确定下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T；
根据当前打印层打印完毕后打印头的位置S、每一凹点位置、下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T，生成打印头补打的移动路径。
这是由于：在打印对精确度要求不是很高的工件时可以忽略该误差，即可以将δ₂调整为比较大。而当打印对精确度要求很高的工件时，则可以将δ₂调整为比较小，甚至调整为0，以确保打印精度。
在本发明的一个具体实施方式中，可以根据最短路径算法生成打印头补打的移动路径。即如图1所示的，图中A，B，C，D为当前打印层出现的四个凹点，其中S点为完成该打印层时打印头所处的位置，T点为下一个打印层的开始打印的位置。采用最短路径算法，设计从S点出发经过A，B，C，D四个点并到达T点的路径。如图1所示，S-＞A-＞B-＞C-＞D-＞T为该最短路径。控制单元控制打印头按照这个路径移动，当经过其中凹点A，B，C，D时，打印头根据当前位置熔丝量继续打印，补充熔丝。
其中，所述在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量，具体包括：
在打印下一打印层的与所述凸点相对于的位置的时候，降低熔丝量，且所述减低的熔丝量为q’_i-q_i。这样，可以简单地解决凸点问题。当打印头运行到下一打印层对应前一打印层凸点的位置时，根据该层凸点的熔丝量q’_i-q_i，重新计算该位置的预期熔丝量(显然重新计算过后的熔丝量比原预 期熔丝量小)，然后继续完成打印。
其中，所述方法还包括：
实时监测打印头的打印位置，当所述打印位置不等于预定位置时，对所述打印头的位置进行调整。
同时，本发明实施例还提出了一种3D打印机的打印缺陷弥补系统，包括：
监控模块，用于监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
控制模块，用于控制对凸点和/或凹点的调整；即如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。
监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点；
且所述方法至少包括以下的一个步骤：
如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打；
如果出现凸点，则记录每一凸点的位置，并在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量。
其中，可以通过传感器检测实际熔丝量，并与预设的熔丝量进行比对，来确定是否发生了凹点和/或凸点。具体的，可以利用红外表面传感器来检测融丝的移动方向和距离，以确定实际熔丝量。
具体的，所述监控3D打印机的打印头的工作状态以确定当前打印层是否出现凸点和/或凹点，具体包括：
确定当前打印层的N个打印位置中的每个位置的预期熔丝量Q→=(q1,q2,···,qN);]]>
确定当前打印层的层N个打印位置中的每个位置的实际熔丝量Q′→=(q′1,q′2,···,q′N);]]>
计算预期熔丝量与实际熔丝量之间的差值
Q′→-Q→=(q′1-q1,q′2-q2,···,q′N-qN)]]>
针对每一个打印位置i，如果q′_i-q_i＜-δ₂，则打印位置i的熔丝量较少成为凹点；如果q′_i-q_i＞δ₂，则打印位置i的熔丝量较多成为凸点；其中δ₂为预设的误差门限值。
其中，所述如果出现凹点，则记录每一凹点的位置，并逐一对所述每一凹点进行补打，具体包括：
确定当前打印层的凹点位置；确定当前打印层打印完毕后打印头的位置S；确定下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T；
根据当前打印层打印完毕后打印头的位置S、每一凹点位置、下一打印层开始打印时预定的打印头的位置T，生成打印头补打的移动路径。
这是由于：在打印对精确度要求不是很高的工件时可以忽略该误差，即可以将δ₂调整为比较大。而当打印对精确度要求很高的工件时，则可以将δ₂调整为比较小，甚至调整为0，以确保打印精度。
在本发明的一个具体实施方式中，可以根据最短路径算法生成打印头补打的移动路径。即如图1所示的，图中A，B，C，D为当前打印层出现的四个凹点，其中S点为完成该打印层时打印头所处的位置，T点为下一个打印层的开始打印的位置。采用最短路径算法，设计从S点出发经过A，B，C，D四个点并到达T点的路径。如图1所示，S-＞A-＞B-＞C-＞D-＞T为该最短路径。控制单元控制打印头按照这个路径移动，当经过其中凹点A，B，C，D时，打印头根据当前位置熔丝量继续打印，补充熔丝。
其中，所述在打印下一打印层时在所述凸点的位置相应降低填料量，具体包括：
在打印下一打印层的与所述凸点相对于的位置的时候，降低熔丝量，且所述减低的熔丝量为q’_i-q_i。这样，可以简单地解决凸点问题。当打印头运行到下一打印层对应前一打印层凸点的位置时，根据该层凸点的熔丝量q’_i-q_i，重新计算该位置的预期熔丝量(显然重新计算过后的熔丝量比原预期熔丝量小)，然后继续完成打印。
其中，所述系统还包括：
实时监测模块，用于实时监测打印头的打印位置，当所述打印位置不等于 预定位置时，对所述打印头的位置进行调整。
为了实现监测熔丝量，本发明实施例提出了一种3D打印机的打印头，包括打印头本体和设置在所述打印头本体上的设有用于检测实际熔丝量的传感器。所述传感器为红外表面传感器，以通过检测熔丝的移动方向和距离来确定实际熔丝量。所述打印头本体上还设有用于检测打印头位移量的位移传感器。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。