本发明涉及3d打印的控制技术领域，尤其涉及一种在3d打印各种打印速度变化的情况下，依然能够保持3d打印的线宽恒定的方法及装置。
背景技术：
数控系统，是数字控制系统（numericalcontrolsystem）的简称，为根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通常，数控系统通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。
目前，数控系统是3d打印机常用的运动控制系统。在3d打印技术领域，现有的数控系统具有完备的速度规划算法，可以自动控制进给轴加减速曲线以及3d打印通过拐角时的速度策略，使3d打印编程简单，并且能以优化的速度经过拐角。
通常，3d打印中，在打印轨迹的拐角处，数控系统会让3d打印机的负责调节挤出头与工件相对位置的运动驱动电机进行适当的减速。因为如果不减速，打印机会因为运动部件的离心力过大而发生震动，而震动会缩短打印机的使用寿命，影响打印质量。运动部件进行适当的减速，则可以避免震动的发生。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在3d打印轨迹的拐角处，运动部件在减速时，由于挤出头的材料挤出速度不变，打印线宽会增加，则会在打印轨迹的拐角处形成积料，积料会使打印件质量下降，甚至导致打印件不合格。
技术实现要素：
本申请实施例通过提供一种在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法及装置，解决了现有技术中在3d打印轨迹的拐角处，运动部件在减速时，打印线宽会增加，使得打印轨迹的拐角处形成积料的技术问题，实现了3d打印在各种打印速度变化的情况下都能保持打印线宽恒定的能力的技术效果。
本申请实施例提供了一种在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法，所述方法为：使3d打印机的挤出头的挤出速度与3d打印机的运动部件实时的进给速度始终保持固定的比例。
优选地，由数控系统的进给轴控制3d打印机的负责驱动运动部件工作的运动驱动电机，由数控系统的主轴控制3d打印机的负责调节挤出头的挤出速度的挤出头电机，使数控系统的主轴给定转速与进给轴实时进给速度始终保持固定的比例。
优选地，所述方法的具体算法为：
s=p*f
其中，s为主轴给定转速，p为设定打印线宽，f为进给轴实时进给速度。
本申请实施例还提供了一种在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，包括：
3d打印机运动部件实时进给速度测量模块，用于测量3d打印机的运动部件实时的进给速度；
3d打印机挤出头挤出速度调节模块，用于跟随3d打印机运动部件实时进给速度的变化等比例地调节3d打印机挤出头的挤出速度；
所述3d打印机挤出头挤出速度调节模块连接所述3d打印机运动部件实时进给速度测量模块。
优选地，所述3d打印机运动部件实时进给速度测量模块设于3d打印机的运动部件上。
优选地，还包括数控系统，所述数控系统上设有主轴控制接口和进给轴控制接口；所述主轴控制接口与3d打印机的负责增材的挤出头电机连接；所述进给轴控制接口与3d打印机的负责驱动运动部件工作的运动驱动电机连接；所述3d打印机挤出头挤出速度调节模块连接所述数控系统。
更优选地，所述3d打印机挤出头挤出速度调节模块连接主轴给定转速调节模块，所述主轴给定转速调节模块跟随3d打印机运动部件实时进给速度的变化等比例地调节数控系统的主轴给定转速。
进一步地，所述主轴给定转速调节模块与所述数控系统集成为一体。
更进一步地，所述主轴给定转速调节模块采用plc模块。
再进一步地，所述数控系统上设有打印线宽设定模块、进给轴速度设定模块和主轴转速设定模块，所述主轴转速设定模块与所述主轴给定转速调节模块连接。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、通过使3d打印机的挤出头的挤出速度与3d打印机的运动部件实时的进给速度始终保持固定的比例，实现了3d打印在各种打印速度变化的情况下都能保持打印线宽恒定的能力；
2、将保持打印线宽恒定的任务放在对挤出头电机的控制上面，使得在3d打印拐角、停顿、回抽等传统易积料的位置积料明显减少，大大提升了打印质量；
3、基于现有的数控系统，由数控系统的进给轴控制3d打印机的负责调节挤出头与工件相对位置的运动驱动电机，由数控系统的主轴控制3d打印机的负责调节挤出头的挤出速度的挤出头电机。只要让数控系统的主轴给定转速与进给轴实时进给速度保持固定的比例，就可以实现在3d打印各种打印速度变化的情况下，保持打印线宽恒定的目的。
4、本申请提供的装置结构简单，操作方便，基于现有的3d打印机及其数控系统进行简单的改进即可，简化了3d打印程序，提升了3d打印的成功率。
附图说明
图1为本申请实施例一中提供的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法的原理图；
图2为本申请实施例二中提供的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置的结构示意图；
图3为本申请实施例三中挤出机电机转速与打印速度的跟随曲线示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法，解决了现有技术中在3d打印轨迹的拐角处，运动部件在减速时，打印线宽会增加，使得打印轨迹的拐角处形成积料的技术问题，实现了3d打印在各种打印速度变化的情况下都能保持打印线宽恒定的能力的技术效果。
本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：
现有技术中，在3d打印轨迹的拐角处，运动部件在减速时，由于挤出头的材料挤出速度不变，则打印线宽会增加，使得打印轨迹的拐角处形成积料。
一种易于想到的方法是，通过优化打印程序，在3d打印轨迹的拐角处，让3d打印机的运动部件以一个比较低的固定的速度通过，同时挤出头也按比例以一个比较低的固定的挤出速度挤出材料，如此，可以保持打印线宽不变。但是，这种方法存在如下缺陷：
如果3d打印机的运动部件发生其它非预设的速度改变时，挤出头的挤出速度无法跟着改变，3d打印的线宽还是会变化，使打印件质量下降，甚至导致打印件不合格。
申请人进一步转换思路，在3d打印速度变化的情况下，将保持打印线宽恒定的任务放在对挤出头电机的控制上面。
把3d打印速度规划策略视为一个黑箱，没有人可以预先知道打印过程中任意一个时刻的打印速度，但是可以通过数控系统的参数知道并控制实时的进给速度和主轴速度。本领域中，打印速度是指运动部件的运动速度，运动部件为挤出头及其固定装置。
由数控系统的进给轴控制3d打印机的负责调节挤出头与工件相对位置的运动驱动电机，由数控系统的主轴控制3d打印机的负责调节挤出头的挤出速度的挤出头电机，那么，只要让挤出头的挤出速度与运动部件实时的进给速度保持固定的比例，就可以实现在3d打印各种打印速度变化的情况下，保持打印线宽恒定的目的。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
图1为本申请实施例中提供的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法的原理图，所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法是使3d打印机的挤出头的挤出速度与3d打印机的运动部件实时的进给速度始终保持固定的比例。
具体操作时，由数控系统的进给轴控制3d打印机的负责调节挤出头与工件相对位置的运动驱动电机，由数控系统的主轴控制3d打印机的负责调节挤出头的挤出速度的挤出头电机。那么，只要让数控系统的主轴给定转速与进给轴实时进给速度保持固定的比例，就可以实现在3d打印各种打印速度变化的情况下，保持打印线宽恒定的目的。
具体算法如下：
s=p*f
其中，s为主轴给定转速，p为设定打印线宽，f为进给轴实时进给速度。
根据设定打印线宽p和进给轴实时进给速度f，调节主轴给定转速s。
当设定打印线宽p不变时，进给轴实时进给速度f增大或减小，主轴给定转速s都等比例地增大或减少。这就使得3d打印速度变化的情况下，打印线宽始终保持恒定。
如果需要改变打印线宽，只需要调整p的值就可以了。
实施例二
图2为本申请实施例中提供的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置的原理图，所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置包括：
3d打印机运动部件实时进给速度测量模块，用于测量3d打印机的运动部件实时的进给速度；
数控系统，数控系统上设有主轴控制接口和进给轴控制接口；数控系统的主轴控制接口与3d打印机的负责增材的挤出头电机通过控制线连接；数控系统的进给轴控制接口与3d打印机的负责驱动运动部件工作的运动驱动电机通过控制线连接；
主轴给定转速调节模块，用于跟随3d打印机运动部件实时进给速度的变化等比例地调节数控系统的主轴给定转速；具体算法如实施例一；
主轴给定转速调节模块连接3d打印机运动部件实时进给速度测量模块和数控系统。
作为一种优选实施例，3d打印机运动部件实时进给速度测量模块设于3d打印机的运动部件上，如挤出头上。
作为一种优选实施例，主轴给定转速调节模块与数控系统集成为一体，为数控系统中的一个子模块。
作为一种优选实施例，主轴给定转速调节模块采用plc模块。
作为一种优选实施例，数控系统上设有打印线宽设定模块、进给轴速度设定模块和主轴转速设定模块。主轴转速设定模块与主轴给定转速调节模块连接。
实施例三
本实施例以某大型3d打印机为具体实施对象，使用德国bwo数控系统进行具体应用。
将负责移动挤出头和工件相对位置的三个直角坐标轴设置为x、y、z轴。
大型3d打印机内设有：在x-y-z三维坐标系中，负责驱动挤出头x方向移动的x轴运动驱动电机、负责驱动挤出头y方向移动的y轴运动驱动电机、负责驱动挤出头z方向移动的z轴运动驱动电机和负责增材的挤出头电机。
德国bwo数控系统上设有：在x-y-z三维坐标系中，x方向进给轴控制接口、y方向进给轴控制接口、z方向进给轴控制接口和主轴控制接口。数控系统上还设有打印线宽设定模块、进给轴速度设定模块和主轴转速设定模块。
利用控制线，将x方向进给轴控制接口与x轴运动驱动电机连接，将y方向进给轴控制接口与y轴运动驱动电机连接，将z方向进给轴控制接口与z轴运动驱动电机连接，将主轴控制接口与挤出头电机连接。
在3d打印机的挤出头或挤出头安装架上设置3d打印机运动部件实时进给速度测量模块，本实施例中，采用速度传感器。
在bwo数控系统中设置主轴给定转速调节模块，本实施例中，主轴给定转速调节模块采用plc模块。
主轴给定转速调节模块与3d打印机运动部件实时进给速度测量模块及bwo数控系统中的主轴转速设定模块连接。在plc模块中设置程序，使主轴的转速倍率随当前工作的进给轴的进给速度等比例地变化，具体算法如实施例一。
测得挤出机电机转速与打印速度的跟随曲线如图3所示。由图3可见，挤出机电机转速随打印速度基本成等比例地变化，虽然主轴转速的调节跟打印速度的变化相比有一定的滞后性，但在3d打印拐角、停顿、回抽等易积料的位置作用明显，积料明显减少，打印线宽始终保持一致，大大提升了打印质量。
随着技术的优化，如果能够进一步提高挤出头机械响应速度，本发明方法的应用效果会更好。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1、通过使3d打印机的挤出头的挤出速度与3d打印机的运动部件实时的进给速度始终保持固定的比例，使得3d打印线宽能够始终保持一致；
2、将保持打印线宽恒定的任务放在对挤出头电机的控制上面，使得在3d打印拐角、停顿、回抽等传统易积料的位置积料明显减少，大大提升了打印质量；
3、基于现有的数控系统，由数控系统的进给轴控制3d打印机的负责调节挤出头与工件相对位置的运动驱动电机，由数控系统的主轴控制3d打印机的负责调节挤出头的挤出速度的挤出头电机。只要让数控系统的主轴给定转速与进给轴实时进给速度保持固定的比例，就可以实现在3d打印各种打印速度变化的情况下，保持打印线宽恒定的目的。
4、本申请提供的装置结构简单，操作方便，基于现有的3d打印机及其数控系统进行简单的改进即可；本申请提供的方法性能优异，简化了3d打印程序，提升了3d打印的成功率。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非对本申请任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本申请的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本申请的技术方案的范围内。
1.一种在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法，其特征在于，使3d打印机的挤出头的挤出速度与3d打印机的运动部件实时的进给速度始终保持固定的比例。
2.如权利要求1所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法，其特征在于，由数控系统的进给轴控制3d打印机的负责驱动运动部件工作的运动驱动电机，由数控系统的主轴控制3d打印机的负责调节挤出头的挤出速度的挤出头电机，使数控系统的主轴给定转速与进给轴实时进给速度始终保持固定的比例。
3.如权利要求2所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的方法，其特征在于，具体算法为：
s=p*f
其中，s为主轴给定转速，p为设定打印线宽，f为进给轴实时进给速度。
4.一种在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，包括：
3d打印机运动部件实时进给速度测量模块，用于测量3d打印机的运动部件实时的进给速度；
3d打印机挤出头挤出速度调节模块，用于跟随3d打印机运动部件实时进给速度的变化等比例地调节3d打印机挤出头的挤出速度；
所述3d打印机挤出头挤出速度调节模块连接所述3d打印机运动部件实时进给速度测量模块。
5.如权利要求4所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，所述3d打印机运动部件实时进给速度测量模块设于3d打印机的运动部件上。
6.如权利要求4所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，还包括数控系统，所述数控系统上设有主轴控制接口和进给轴控制接口；所述主轴控制接口与3d打印机的负责增材的挤出头电机连接；所述进给轴控制接口与3d打印机的负责驱动运动部件工作的运动驱动电机连接；所述3d打印机挤出头挤出速度调节模块连接所述数控系统。
7.如权利要求6所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，所述3d打印机挤出头挤出速度调节模块采用主轴给定转速调节模块，所述主轴给定转速调节模块跟随3d打印机运动部件实时进给速度的变化等比例地调节数控系统的主轴给定转速。
8.如权利要求7所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，所述主轴给定转速调节模块与所述数控系统集成为一体。
9.如权利要求8所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，所述主轴给定转速调节模块采用plc模块。
10.如权利要求6所述的在3d打印速度变化时保持打印线宽恒定的装置，其特征在于，所述数控系统上设有打印线宽设定模块、进给轴速度设定模块和主轴转速设定模块，所述主轴转速设定模块与所述主轴给定转速调节模块连接。
技术总结