(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105538708 A (43)申请公布日 2016.05.04
(21)申请号 201510915973.2(22)申请日 2015.12.11
(71)申请人云南民族大学
地址650031 云南省昆明市五华区一二一大
街134号(72)发明人吴烨
(74)专利代理机构北京国智京通知识产权代理
有限公司 11501
代理人孙文彬(51)Int.Cl.
B29C 67/00(2006.01)B33Y 50/02(2015.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种应用嵌入式PLC的3D打印系统(57)摘要
本发明公开了一种应用嵌入式PLC的3D打印系统，可编程控制逻辑PLC系统分别连接激光器喷头、材料盒，监视器、变送器，变送器通过隔离器连接配电器，激光器喷头设有若干喷头，喷头对准打印模型；可编程控制逻辑PLC系统连接材料盒控制材料盒设备的正常精确打印。可编程控制逻辑PLC系统依次连接变送器、隔离器和配电器，是为了防止电场信号干扰可编程控制逻辑PLC系统；激光器喷头实现全金属打印，通过光纤激光头起到切割机一样的作用。本发明的有益效果是有效地提高3D打印精确度，从而实现3D全金属打印。 C N 1 0 5 5 3 8 7 0 8 ACN 105538708 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种应用嵌入式PLC的3D打印系统，其特征在于：包括可编程控制逻辑PLC系统(1)，可编程控制逻辑PLC系统(1)分别连接激光器喷头(2)、材料盒(3)，监视器(4)、变送器(5)，变送器(5)通过隔离器(6)连接配电器(7)，激光器喷头(2)设有若干喷头(201)，喷头(201)对准打印模型(202)；
可编程控制逻辑PLC系统(1)连接材料盒(3)控制材料盒设备的正常精确打印，可编程控制逻辑PLC系统(1)依次连接变送器(5)、隔离器(6)和配电器(7)，是为了防止电场信号干扰可编程控制逻辑PLC系统(1)；激光器喷头(2)实现全金属打印，通过光纤激光头起到切割机一样的作用。
2.按照权利要求1所述一种应用嵌入式PLC的3D打印系统，其特征在于：所述可编程控制逻辑PLC系统(1)连接材料盒(3)控制材料盒设备的正常精确打印中，嵌入式PLC可进
从而达到高精准度探测获取；行边探测边打印，探测办法通过高斯卷积公式计算探测边缘，
Gx Gy Gz为某个点在x,y,z三个轴的卷积核点，由高斯卷积得到:
其中可将解析结果带入变量ι中，出现平率比较高的隆起点代表轮廓边缘，那么探测到的结果向量集为：
向量角θ(3)i,j＝arctan(Gy(i,j)/Gx(i,j))；
在3D打印过程中将液态光敏聚合物喷射为很薄的层，再通过UV(紫外线)光将其固化。3.按照权利要求1所述一种应用嵌入式PLC的3D打印系统，其特征在于：所述激光器喷头(2)的打印过程：利用可编程控制逻辑PLC系统(1)进行PLC控制，将材料粉末吹入精心引导的高功率激光束，3D打印过程中激光束的粉末会落在一边，遇到激光焦点的粉末会立即融化并融合到增长部分的表面，因此当激光焦点扫描过打印对象的轮廓，打印头吹出更多的粉末时，部件就会一层一层地逐渐增长。
2
CN 105538708 A
说 明 书
一种应用嵌入式PLC的3D打印系统
1/4页
技术领域
[0001]本发明属于3D打印技术领域，涉及一种应用嵌入式PLC的3D打印系统。
背景技术
[0002]传统的产品制造，多是采用模具将原料成型为毛坯，而后采用机加工等方法去除多余材料，成型为要求尺寸的部件，可称为“减材制造法”。而3D打印制造技术与之相反，是通过材料的逐层添加制造出三维物体，定义为“增材制造”法。在过去由于3D打印只能使用塑料(聚合物)材料，因此3D打印并没有被大型产业所重视，而目前LENS打印技术的发展可以将3D打印运用到航空航天、汽车、生物医学等大型产业。可编程序控制器(PLC)是专门为工业控制设计的,制造业在铸造过程中通过PLC控制3D过程，采用多层次的抗干扰措施,使3D打印的的稳定性和可靠性大大提高。现有的3D打印系统，对于3D全金属打印精确度不高，随着计算机技术的发展,PLC的功能也越来越强,使用越来越方便。为了提高PLC控制系统的对3D打印的可靠性,关键在于硬件和软件上设置双重保护。嵌入可编程控制逻辑PLC的3D打印结合LENS技术可以实现“全金属打印”。发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种应用嵌入式PLC的3D打印系统，解决了现有的3D打印系统，对于3D全金属打印精确度不高的问题。
[0004]本发明所采用的技术方案是包括可编程控制逻辑PLC系统，可编程控制逻辑PLC系统分别连接激光器喷头、材料盒，监视器、变送器，变送器通过隔离器连接配电器，激光器喷头设有若干喷头，喷头对准打印模型；
[0005]可编程控制逻辑PLC系统连接材料盒控制材料盒设备的正常精确打印。可编程控制逻辑PLC系统依次连接变送器、隔离器和配电器，是为了防止电场信号干扰可编程控制逻辑PLC系统；激光器喷头实现全金属打印，通过光纤激光头起到切割机一样的作用。
[0006]进一步，所述可编程控制逻辑PLC系统连接材料盒控制材料盒设备的正常精确打印中，嵌入式PLC可进行边探测边打印，探测办法通过高斯卷积公式计算探测边缘，从而达到高精准度探测获取；
[0007]Gx Gy Gz为某个点在x,y,z三个轴的卷积核点，由高斯卷积得到:
[0008][0009]
其中可将解析结果带入变量ι中，出现平率比较高的隆起点代表轮廓边缘，那么探测到的结果向量集为：
[0010][0011]
向量角θ(3)i,j＝arctan(Gy(i,j)/Gx(i,j))；
3
CN 105538708 A[0012][0013][0014]
说 明 书
2/4页
在3D打印过程中将液态光敏聚合物喷射为很薄的层，再通过UV(紫外线)光将其固
化。
[0015]
进一步，所述激光器喷头的打印过程：利用可编程控制逻辑PLC系统进行PLC
控制，将材料粉末吹入精心引导的高功率激光束，3D打印过程中激光束的粉末会落在一边，遇到激光焦点的粉末会立即融化并融合到增长部分的表面，因此当激光焦点扫描过打印对象的轮廓，打印头吹出更多的粉末时，部件就会一层一层地逐渐增长。[0016]本发明的有益效果是有效地提高3D打印精确度，从而实现3D全金属打印。
附图说明
[0017]图1是本发明嵌入式PLC的3D打印系统结构示意图。[0018]图中，1.可编程控制逻辑PLC系统，2.激光器喷头，3.材料盒，4.监视器，5.变送器，6.隔离器，7.配电器，201.喷头，202.打印模型。具体实施方式
[0019]下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。[0020]本发明可编程控制逻辑PLC系统如图1所示，包括可编程控制逻辑PLC系统1，可编程控制逻辑PLC系统1分别连接激光器喷头2、材料盒3，监视器4、变送器5，变送器5通过隔离器6连接配电器7，激光器喷头2设有若干喷头201，喷头201对准打印模型202。
[0021]可编程控制逻辑PLC系统1连接材料盒控制材料盒设备的正常精确打印。可编程控制逻辑PLC系统1依次连接变送器5、隔离器6和配电器7，是为了防止电场信号干扰可编程控制逻辑PLC系统1。
[0022]激光器喷头2实现全金属打印，通过光纤激光头起到切割机一样的作用，打印时采用光纤激光头的YAG固态激光器可实现全金属打印。[0023]其中，可编程控制逻辑PLC系统1连接材料盒3控制材料盒设备的正常精确打印中，流体滑动边缘探测是本3D打印技术的核心，要实现全金属打印必须以提高精确度为
从而达前提。嵌入式PLC可进行边探测边打印，探测办法通过高斯卷积公式计算探测边缘，
到高精准度探测获取。
[0024]Gx Gy Gz为某个点在x,y,z三个轴的卷积核点(convolution kernels)。由高斯卷
[0025][0026]
积得到:
其中可将解析结果带入变量ι中。出现平率比较高的隆起点代表轮廓边缘，那么探测到的结果向量集为：
[0027][0028]
向量角θ(3)i,j＝arctan(Gy(i,j)/Gx(i,j))；
4
CN 105538708 A[0029][0030]
说 明 书
3/4页
在3D打印过程中将液态光敏聚合物喷射为很薄的层，再通过UV(紫外线)光将其固
化。关键是喷射的液滴可快速、精确地形成16μm的薄层，这个精度就可以完成高分辨率形状和高精度尺寸的工业和医学应用了，再通过多个打印头，打印不同的材料和提高打印速度，所以具备了竞争性的市场化技术条件。
[0032]为了防止电场信号干扰可编程控制逻辑PLC系统1，本技术采用基于边缘探测的高斯卷积convolution,如果一个线性系统(这里是滤波器)的冲击响应是H(t),那么对于任何输入x(t),可以通过convolution计算出y(t).3D打印系统在离散状态下是由冲击响应序列：
[0033]在每个滤波响应区域可以由高斯边缘探测获得重叠元素，从而通过软件滤波进行删减降维。优化后重叠模型如下
[0034](1)D1＝(x-x0)2+(y-y0)2+-r2； (6)[0035](2)D1＝(x-x0)2+(y-(y0)-c))2-r2； (7)[0036](3)D2＝D1+2c(y-y0)+c2； (8)[0037](4)D1(P2)＝D1(P1)+2d(y-y0)+d2； (9)
[0038]
[0031]
由此测量到k个变化堆叠向量把所有探测到的向量组成一个矩阵
[0039]
根据以上结果，设置一个滤波探测结果计数器，将每次采样值与当前有效值比较：如果采样值＝当前有效值，则计数器清零如果采样值<>当前有效判断计数器是否>＝上限N(溢出)，如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。[0041]激光器喷头2的打印过程：利用可编程控制逻辑PLC系统1进行PLC控制，将材料粉末吹入精心引导的高功率激光束，3D打印过程中激光束的粉末会落在一边，遇到激光焦点的粉末会立即融化并融合到增长部分的表面，因此当激光焦点扫描过打印对象的轮廓，打印头吹出更多的粉末时，部件就会一层一层地逐渐增长。利用可编程控制逻辑PLC可并行利用多个打印头同时向激光束吹粉末，使用多种基础金属按照比例打印出“合金”，该比例可以根据打印头的位置调整，生成各种级别的合金，从而进行“金属打印”。[0042]打印模型是通过金属原料打印三维模型，三维模型师使用本体库建立打印模型，本体库根据本体元素关系实体表建立，如表1所示。[0043]表1
[0044]
[0040]
5
CN 105538708 A
说 明 书
4/4页
建立本体库后在高斯边缘探测后会根据本题库建立3D打印普适计算模型。有了普
适计算模型后，PLC连接的材料盒通过激光打印过程中会自适应调整打印精确度，从而实时打印出全金属模型。下表2为现有的3D打印方法和本发明3D打印方法的精确度对比。[0046]表2
[0045]
[0047]
[0048]
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限
制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
6
CN 105538708 A
说 明 书 附 图
1/1页
图1
7
