CN117162474B - 用于mjp喷蜡的3d打印设备及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于MJP喷蜡的3D打印设备及打印方法，属于3D打印技术领域，包括打印设备主体，打印设备主体的一侧设置有打印组件，打印组件包括有打印喷头，打印喷头包括有出蜡喷嘴和流速检测模块，3D打印设备还包括有中央控制模块、流量生成模块和预警模块，对多个出蜡喷嘴内部液态蜡的流速进行实时测量，将多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量，将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令，这样能够实时对出蜡喷嘴内部液态蜡的流量进行监控，在多个出蜡喷嘴之间液体流量不能保持一致性时，能够及时向工作人员发出预警指示。

Description

用于MJP喷蜡的3D打印设备及打印方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体地说，涉及用于MJP喷蜡的3D打印设备及打印方法。

背景技术

MJP是一种增材制造技术，喷蜡是其中的一种材料选择，MJP喷蜡是指在M JP打印过程中使用蜡材料进行打印，MJP技术通过多喷嘴同时喷射熔化状态的喷蜡材料，以逐层堆积形成物体，喷蜡材料具有低熔点和高粘度的特点，这使得它适用打印需要高精度和复杂形状的模型或零件，那么现有技术中，一般的3D打印设备中多喷嘴起到的是能够快速切换和提高效率的效果。

例如，公开号为CN109834938A的中国专利公开了一种旋转式多喷嘴3D打印机打印头，包括旋转架、喷嘴和调节锁定装置，该专利中设置有多个喷嘴，通过旋转架根据加工的需要调节多个喷嘴的位置，并且借助调节锁定装置进行定位，虽然实现了喷嘴的快速切换，但是还存在以下缺陷：

上述专利中3D打印机打印头中设置了多个喷嘴，但是多个喷嘴之间只是进行实现了快速切换，那么在MJP打印过程中是同时使用多喷嘴用于喷射熔化状态的喷蜡材料，由于需要打印高精度的模型或零件，通常需要多个喷嘴喷射出的材料保持一致性，即材料的一致性和喷射流量的一致性，但是3D打印设备在工作过程中容易出现故障导致不能保持喷射流量的一致性，工作人员不能及时发现，导致打印出来的模型或零件的精度不高。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

用于MJP喷蜡的3D打印设备，包括打印设备主体，打印设备主体的一侧设置有打印组件，打印组件包括有打印喷头，打印喷头包括有出蜡喷嘴和流速检测模块，3D打印设备还包括有中央控制模块、流量生成模块和预警模块：

流速检测模块，设置于出蜡喷嘴的一侧，用于同时获取多个实时流动速度，实时流动速度为出蜡喷嘴内部蜡的流动速度；

流量生成模块，基于多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量；横截面积为出蜡喷嘴的横截面积；

中央控制模块，将多个液体流量计算得出流量平均值，将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令；

预警模块，根据预警指令发出预警指示。

优选地，打印组件还包括有打印主箱体，打印喷头还包括有储液部，储液部的顶端与打印主箱体的底端固定连通，储液部的底端固定连通有多个出蜡喷嘴。

优选地，打印主箱体的顶端固定设置有控制盒，流量生成模块和中央控制模块设置在控制盒的内部。

优选地，液体流量计算的公式为：

Lfr＝∫∫(Lfv×d_Csa)；

式中，Lfr为液体流量，Csa为出蜡喷嘴的横截面积，d_Csa为出蜡喷嘴的微小横截面积，Lfv为微小横截面积处的实时流动速度。

优选地，中央控制模块判定是否生成预警指令的方法包括：

计算得出每个液体流量与流量平均值之差依次标记为X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n，n为出蜡喷嘴的总个数，预设流量阈值>0，对比步骤包括：

将X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n依次取绝对值，形成集合M,M＝(|X₁|、|X₂|、|X₃|、|X₄|.....|X_n|)，将M中的每个元素分别与预设流量阈值做对比，若M中的每个元素均小于预设流量阈值，则不生成预警指令，若M中的元素至少一个大于预设流量阈值，则生成预警指令。

优选地，中央控制模块发出预警指令时，同时生成故障指令，故障指令用于确定3D打印设备的维护顺序，故障指令包括第一故障指令和第二故障指令。

优选地，故障指令生成方法包括：

S1：取M中大于预设流量阈值的元素并去除绝对值，将去除绝对值后的元素依次与0做对比；

S2：判定去除绝对值后的元素是否均小于0，若是则转入S4步骤，若否则转入S3步骤；

S3：生成第一故障指令；

S4：生成故障分类系数，判定故障分类系数是否大于故障分类阈值，若是则转入S5步骤，若否则转入S6步骤；

S5：生成第二故障指令；

S6：生成第一故障指令。

优选地，打印组件还包括有温度检测模块，用于获取打印主箱体内部的温度值，打印喷头还包括有压力检测模块，压力检测模块用于获取储液部内部的压力值，故障分类系数生成公式如下：

式中，Fdc为故障分类系数，Liq为储液部内部的压力值，Tem为打印主箱体内部的温度值，u₁和u₂均为权重系数，且u₂>u₁>0。

优选地，温度检测模块设置于打印主箱体的一侧，压力检测模块设置于储液部的一侧。

用于MJP喷蜡的3D打印方法，基于上述的3D打印设备实现，3D打印方法包括：

同时获取多个实时流动速度，实时流动速度为出蜡喷嘴内部蜡的流动速度；

基于多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量；横截面积为出蜡喷嘴的横截面积；

将多个液体流量计算得出流量平均值，将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令；

根据预警指令发出预警指示。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过对多个出蜡喷嘴内部液态蜡的流速进行实时测量，并且通过将多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量，接着将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令，最后通过预警模块发出预警指示，这样能够实时对出蜡喷嘴内部液态蜡的流量进行监控，在多个出蜡喷嘴之间液体流量不能保持一致性时，能够及时向工作人员发出预警指示，这样工作人员能够迅速进行处理，避免打印出来的模型或零件的精度不高。

(2)本发明中的中央控制模块发出预警指令时，同时生成故障指令，故障指令包括第一故障指令和第二故障指令，第一故障指令包含设备元件损坏信息，第二故障指令包含出蜡堵塞信息，工作人员可以根据设备元件损坏信息或出蜡堵塞信息确定维护3D打印设备的顺序。

附图说明

图1为3D打印设备的结构示意图；

图2为实施例1中的打印组件结构示意图；

图3为打印喷头的结构示意图；

图4为打印喷头的仰视图；

图5为打印喷头的俯视图；

图6为控制盒的内部结构示意图；

图7为实施例2中的打印组件结构示意图；

图8为用于MJP喷蜡的3D打印方法的流程图；

图9为故障指令生成方法的逻辑图。

图中各附图标注与部件名称之间的对应关系如下：

10、打印组件；11、打印主箱体；12、打印喷头；121、储液部；122、出蜡喷嘴；123、流速检测模块；124、温度检测模块；13、控制盒；131、中央控制模块；132、流量生成模块；14、预警模块；15、压力检测模块；20、打印设备主体；21、显示屏。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

本实施例提供一种用于MJP喷蜡的3D打印方法，所述3D打印方法包括：

S10：同时获取多个实时流动速度；

具体的，如图1、图2和图3所示，本实施例还提供了一种用于实现3D打印方法的3D打印设备，包括打印设备主体20，打印设备主体20的一侧设置有打印组件10，打印组件10包括打印主箱体11和打印喷头12，打印喷头12包括有储液部121、出蜡喷嘴122和流速检测模块123，储液部121的顶端与打印主箱体11的底端固定连通，储液部121的底端固定连通有多个出蜡喷嘴122，多个出蜡喷嘴122相隔距离相等，多个出蜡喷嘴122的一侧均固定设置有流速检测模块123，流速检测模块123可以为超声波检测器；

可以理解的是，本实施例中出蜡喷嘴122喷出的蜡为熔化状态，蜡在出蜡喷嘴122中进行流动，通过流速检测模块123能够获取蜡的实时流动速度；

S20：基于多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量；

需要说明的是，如图2和图6所示，打印主箱体11的顶端固定设置有控制盒13，控制盒13的内部设置有流量生成模块132，流量生成模块132内部储存有预先设定的横截面积，本实施例中的横截面积为出蜡喷嘴122的横截面积，多个流速检测模块123将获取的实时流动速度均发送至流量生成模块132，流量生成模块132根据实时流动速度以及横截面积计算液体流量，具体的液体流量计算的公式为：

Lfr＝∫∫(Lfv×d_Csa)；

式中，Lfr为液体流量，Csa为出蜡喷嘴122的横截面积，d_Csa为出蜡喷嘴122的微小横截面积，Lfv为微小横截面积处的实时流动速度；

可以理解的是，由于出蜡喷嘴122的横截面积并不一定是圆形，所以在计算液体流量时，并不能直接将出蜡喷嘴122的横截面积与实时流动速度相乘，出蜡喷嘴122的横截面积划分为多个微小横截面积，先计算出蜡喷嘴122上微小横截面积处的液体流量，并最后将这些流量求和得出Lfr。

S30：将多个液体流量计算得出流量平均值，将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令；

具体的，控制盒13的内部还设置有中央控制模块131，中央控制模块131将多个液体流量计算得出流量平均值，并且计算得出每个液体流量与流量平均值之差依次标记为X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n，n为出蜡喷嘴122的总个数，预设流量阈值>0，具体的对比步骤方式包括：

将X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n依次取绝对值，形成集合M,M＝(|X₁|、|X₂|、|X₃|、|X₄|.....|X_n|)，将M中的每个元素分别与预设流量阈值做对比，若M中的每个元素均小于预设流量阈值，则不生成预警指令，若M中的元素至少一个大于预设流量阈值，则生成预警指令。

S40：根据预警指令发出预警指示；

具体的，如图2所示，本实施例中打印主箱体11的顶端还设置有预警模块14，预警模块14可以为警报器、指示灯或蜂鸣器等，预警模块14用于接收来自中央控制模块131的预警指令，发出预警指示提示工作人员注意3D打印设备在工作过程中已经出现了故障，导致不能保持多个出蜡喷嘴122之间液体流量的一致性，工作人员需立即停止3D打印设备的工作，避免打印出来的模型或零件的精度不高，同时能够使得工作人员能够及时对3D打印设备进行维修，保证MJP喷蜡打印能够顺利的完成；

可以理解的是，本实施例中流量生成模块132和中央控制模块131设置在控制盒13的内部，只是为了进行说明，流量生成模块132和中央控制模块131可以设置在其它位置，例如流量生成模块132和中央控制模块131设置在打印设备主体20的一侧，只要流量生成模块132与中央控制模块131和流速检测模块123之间能够实现数据的传输即可，同理预警模块14并不是只能设置于打印主箱体11的顶端，只要工作人员能够及时接收到预警模块14发出的预警指示即可。

实施例2

本实施例在实施例1的基础之上做进一步的改进，如图3、图5和图7所示，3D打印设备还包括显示屏21，显示屏21设置在打印设备主体20的一端，打印组件10还包括温度检测模块15，温度检测模块15设置于打印主箱体11的一侧，用于检测打印主箱体11内部的温度值，储液部121的一侧设置有压力检测模块124，压力检测模块124用于获取储液部121内部的压力值，当中央控制模块131发出预警指令时，同时生成故障指令，故障指令用于指示工作人员确定维护3D打印设备的顺序；

需要说明的是，故障指令包括第一故障指令和第二故障指令，第一故障指令包含设备元件损坏信息，第二故障指令包含出蜡堵塞信息，显示屏21用于接收第一故障指令和第二故障指令，并且显示对应的信息，工作人员根据设备元件损坏信息或出蜡堵塞信息确定维护3D打印设备的顺序，例如显示屏21接收第一故障指令后，显示设备元件损坏信息，那么工作人员根据设备元件损坏信息，应该确定先进行打印主箱体11内部设备元件的检查，若设备元件没有出现损坏，则检查打印喷头12内部是否出现堵塞现象；

故障指令具体生成方法包括：

S1：取M中大于预设流量阈值的元素并去除绝对值，将去除绝对值后的元素依次与0做对比；

S2：判定去除绝对值后的元素是否均小于0，若是则转入S4步骤，若否则转入S3步骤；

S3：生成第一故障指令；

S4：生成故障分类系数，判定故障分类系数是否大于故障分类阈值，若是则转入S5步骤，若否则转入S6步骤；

S5：生成第二故障指令；

S6：生成第一故障指令；

可以理解的是，导致不能保持多个出蜡喷嘴122之间液体流量一致性的原因分为两种，第一种打印主箱体11内部设备元件损坏，导致多个出蜡喷嘴122之间液体流量不能保持一致性，第二种是打印喷头12内部出现堵塞现象，由于多个出蜡喷嘴122之间液体流量不能保持一致性的现象分为两种，一种是单个出蜡喷嘴122相较于其它出蜡喷嘴122通过的液体流量太大破坏了一致性，另一种则是单个出蜡喷嘴122相较于其它出蜡喷嘴122通过的液体流量太小破坏了一致性，而打印喷头12内部出现堵塞现象只会导致出蜡喷嘴122通过的液体流量变小，因此单个出蜡喷嘴122相较于其它出蜡喷嘴122通过的液体流量太大的现象，对应的原因只能是打印主箱体11内部设备元件损坏，因此本实施例需要先将两种破坏一致性的现象进行分类，进而再通过故障分类系数确定单个出蜡喷嘴122相较于其它出蜡喷嘴122通过的液体流量太小，所对应的原因。

具体故障分类系数生成公式如下：

式中，Fdc为故障分类系数，Liq为储液部121内部的压力值，Tem为打印主箱体11内部的温度值，u₁和u₂均为权重系数，且u₂>u₁>0。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数、权重以及阈值选取由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线网络或无线网络方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

本领域普通技术人员可意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

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，在本发明各个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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于MJP喷蜡的3D打印设备，包括打印设备主体(20)，打印设备主体(20)的一侧设置有打印组件(10)，其特征在于：打印组件(10)包括有打印喷头(12)，打印喷头(12)包括有出蜡喷嘴(122)和流速检测模块(123)，3D打印设备还包括有中央控制模块(131)、流量生成模块(132)和预警模块(14)：

流速检测模块(123)，设置于出蜡喷嘴(122)的一侧，用于同时获取多个实时流动速度，实时流动速度为出蜡喷嘴(122)内部蜡的流动速度；

流量生成模块(132)，基于多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量；横截面积为出蜡喷嘴(122)的横截面积；

中央控制模块(131)，将多个液体流量计算得出流量平均值，将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令；

预警模块(14)，根据预警指令发出预警指示；

中央控制模块(131)判定是否生成预警指令的方法包括：

计算得出每个液体流量与流量平均值之差依次标记为X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n，n为出蜡喷嘴(122)的总个数，预设流量阈值>0，对比步骤包括：

将X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n依次取绝对值，形成集合M,M＝(|X₁|、|X₂|、|X₃|、|X₄|.....|X_n|)，将M中的每个元素分别与预设流量阈值做对比，若M中的每个元素均小于预设流量阈值，则不生成预警指令，若M中的元素至少一个大于预设流量阈值，则生成预警指令；

中央控制模块(131)发出预警指令时，同时生成故障指令，故障指令用于确定3D打印设备的维护顺序，故障指令包括第一故障指令和第二故障指令；

故障指令生成方法包括：

S1：取M中大于预设流量阈值的元素并去除绝对值，将去除绝对值后的元素依次与0做对比；

S2：判定去除绝对值后的元素是否均小于0，若是则转入S4步骤，若否则转入S3步骤；

S3：生成第一故障指令；

S4：生成故障分类系数，判定故障分类系数是否大于故障分类阈值，若是则转入S5步骤，若否则转入S6步骤；

S5：生成第二故障指令；

S6：生成第一故障指令。

2.根据权利要求1所述的用于MJP喷蜡的3D打印设备，其特征在于：打印组件(10)还包括有打印主箱体(11)，打印喷头(12)还包括有储液部(121)，储液部(121)的顶端与打印主箱体(11)的底端固定连通，储液部(121)的底端固定连通有多个出蜡喷嘴(122)。

3.根据权利要求2所述的用于MJP喷蜡的3D打印设备，其特征在于：打印主箱体(11)的顶端固定设置有控制盒(13)，流量生成模块(132)和中央控制模块(131)设置在控制盒(13)的内部。

4.根据权利要求1所述的用于MJP喷蜡的3D打印设备，其特征在于：液体流量计算的公式为：

Lfr＝∫∫(Lfv×d_Csa)；

式中，Lfr为液体流量，Csa为出蜡喷嘴(122)的横截面积，d_Csa为出蜡喷嘴(122)的微小横截面积，Lfv为微小横截面积处的实时流动速度。

5.根据权利要求1所述的用于MJP喷蜡的3D打印设备，其特征在于：打印组件(10)还包括有温度检测模块(15)，用于获取打印主箱体(11)内部的温度值，打印喷头(12)还包括有压力检测模块(124)，压力检测模块(124)用于获取储液部(121)内部的压力值，故障分类系数生成公式如下：

式中，Fdc为故障分类系数，Liq为储液部(121)内部的压力值，Tem为打印主箱体(11)内部的温度值，u₁和u₂均为权重系数，且u₂>u₁>0。

6.根据权利要求5所述的用于MJP喷蜡的3D打印设备，其特征在于：温度检测模块(15)设置于打印主箱体(11)的一侧，压力检测模块(124)设置于储液部(121)的一侧。

7.用于MJP喷蜡的3D打印方法，基于权利要求1-6中任一项所述的3D打印设备实现，其特征在于：所述方法包括：

同时获取多个实时流动速度，实时流动速度为出蜡喷嘴(122)内部蜡的流动速度；

基于多个实时流动速度分别与预先储存的横截面积计算得出多个液体流量；横截面积为出蜡喷嘴(122)的横截面积；

将多个液体流量计算得出流量平均值，将每个液体流量与流量平均值之差分别与预设流量阈值做对比，判定是否生成预警指令；

根据预警指令发出预警指示；

中央控制模块(131)判定是否生成预警指令的方法包括：

计算得出每个液体流量与流量平均值之差依次标记为X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n，n为出蜡喷嘴(122)的总个数，预设流量阈值>0，对比步骤包括：

将X₁、X₂、X₃、X₄.....X_n依次取绝对值，形成集合M,M＝(|X₁|、|X₂|、|X₃|、|X₄|.....|X_n|)，将M中的每个元素分别与预设流量阈值做对比，若M中的每个元素均小于预设流量阈值，则不生成预警指令，若M中的元素至少一个大于预设流量阈值，则生成预警指令；

中央控制模块(131)发出预警指令时，同时生成故障指令，故障指令用于确定3D打印设备的维护顺序，故障指令包括第一故障指令和第二故障指令；

故障指令生成方法包括：

S1：取M中大于预设流量阈值的元素并去除绝对值，将去除绝对值后的元素依次与0做对比；

S2：判定去除绝对值后的元素是否均小于0，若是则转入S4步骤，若否则转入S3步骤；

S3：生成第一故障指令；

S4：生成故障分类系数，判定故障分类系数是否大于故障分类阈值，若是则转入S5步骤，若否则转入S6步骤；

S5：生成第二故障指令；

S6：生成第一故障指令。