一种基于3D打印的物料加入方法、装置及系统与流程

一种基于3d打印的物料加入方法、装置及系统
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，更具体的说涉及粘结剂喷射打印过程粘结剂的加入方法。


背景技术：

2.目前，随着3d打印产品的种类越来越多，原材料的种类多、流动性差异大，所以原材料的加入方式以及加入的精度要求也随之提高。例如：粘结剂加入量不准确会造成成型产品破碎或出现色差，影响打印质量。
3.目前打印机使用的粘结剂加入方式主要包括：浮子加入、针筒加入、电磁计量泵加入等，基于以上方式均可实现粘结剂的加入，但是无法确保加入的准确度，并且在检测和调节也存在问题。


技术实现要素：

4.基于此，本发明针对上述问题，提供一种基于3d打印的物料加入方法、装置及系统，通过闭环检测和动态调整方式，确保粘结剂的准确加入，从而确保最终产品的质量。
5.一种基于3d打印的物料加入方法，包括以下步骤：
6.s1:根据3d打印所需的粉末量及粘结剂加入比例，计算所需加入的粘结剂用量,将该步骤的粘结剂用量称为理论计算量a；
7.s2:通过计量泵控制加入s1中需要的粘结剂用量；
8.s3:称量s2中计量泵输出的粘结剂用量，此时该用量称为实际加入量b；计算理论计算量a与实际加入量b的差值量，若该差值量不在预设范围内，则进入第s4；否则进入s6；
9.s4:将s3中计算的差值量分若干次由计量泵控制加入；
10.s5:完成s4的加入后，系统对加入量再进行称重，计算理论计算量a与实际加入量b的差值量，如差值量在预设误差范围内，则进入s6,否则进入s4。
11.s6：完成该轮粘结剂的加入，将符合要求的粘结剂输送至液箱，计量泵的单次加入量恢复至步骤2之前的正常使用值，进行下一轮粘结剂的加入。
12.在一实施方式中，s5还包括对s4每次加入后的粘结剂量进行称重，然后计算理论计算量a与实际加入量b的差值，如差值在预设范围内，则进入s6,否则进入s4。
13.在一实施方式中，s4中的若干次粘结剂的加入量和加入次数可通过以下方法实现：
14.将理论计算量a与实际加入量b的差值量记为x,将系统要求的预设误差记为y；加入次数记为c,c≥x/(a*y)；单次加入量记为s，s＝x/c；其中c为正整数。
15.在一实施方式中，在s2中，计量泵控制加入的粘结用量小于理论计算量。
16.在一实施方式中，在s4中，若干次的加入总量不大于差值量。
17.在一实施方式中，一种物料加入装置，应用在上述基于3d打印的物料加入方法中。
18.在一实施方式中，一种物料加入装置包括储液箱、计量泵、阀体、称重机构和收液
箱，所述计量泵控制阀体开合将储液箱中的粘结剂通过管道输送至所述称重机构处，所述称重机构对加入的粘结剂进行称重。
19.在一实施方式中，所述计量泵的加入次数越多，所述阀体的开合度越小。
20.在一实施方式中，所述称重机构包括称重器，所述称重器的称重误差不大于系统预设误差。
21.一种3d打印系统，包括：存储模块，用于存储计算机程序；处理模块，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于3d打印的物料加入方法的步骤。
22.针对本发明的粘结剂加入采用闭环检测方式，达到了对不同流动性粘结剂的高精度控制，实现了动态快速调节和精准加入，避免因粘结剂加入不准确造成最终产品色差或破碎问题。并且加入装置采用称重器和阀体可对粘结的输入输出起到很好的流体和保护作用。采用3d打印系统，可对粘结剂加入过程中产生的数据信息进行存储、计算和执行，使得整个加入过程更加自动、智能、高效。
附图说明
23.附图1为物料加入装置示意图；
24.其中：1-储液箱，2-计量泵，3-阀，4-称重机构，5-收液箱。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下面将给出多个实施方式对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
26.需要说明的是，粘结剂喷射成形(binder jetting)是一种通过喷射粘合剂使粉末成型的增材制造技术，其原理是使用喷墨打印头将粘合剂喷到粉末里，从而将一层粉末在选择的区域内粘合，每一层粉末又会同之前的粉层通过粘合剂的渗透结合为一体，如此层层叠加制造出三维结构的物体。
27.本文所述的粘结剂是应用在粘结剂喷射成形打印中，是一种与粉末或砂粒混合的液体制剂，如3d打印领域的所说的固化剂。粘结剂的加入量相当于粘结的用量或称重量。当粉末或砂粒确定后需要确定粘结剂的用量，此时需要准确的称量或取出需要的粘结剂。本文的加入方法实际就是通过这种方法精准的获得需要的粘结剂用量。本文所述的s1、s2
……
s6指步骤1、步骤2
……
步骤6的缩写。需要说明的是，本技术以3d打印粘结剂为例进行方案说明，其他没有提及的液体制剂的称量及加入方法同样可采用本技术的方案。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.一实施方式中，一种基于3d打印的物料加入方法，包括以下步骤：
30.s1:根据3d打印所需的粉末量及粘结剂加入比例，计算所需加入的粘结剂用量,将该步骤的粘结剂用量称为理论计算量a；
31.s2:通过计量泵控制加入s1中的粘结剂；
32.s3:称量s2中计量泵输出的粘结剂用量，此时该用量称为实际加入量b；计算理论计算量a与实际加入量b的差值量，若该差值量不在预设范围内，则进入第s4；否则进入s6；
33.s4:将s3中计算的差值量分若干次由计量泵控制加入；
34.s5:完成s4的加入后，系统对加入量再进行称重，计算理论计算量a与实际加入量b的差值量，如差值量在预设误差范围内，则进入s6,否则进入s4。
35.s6：完成该轮粘结剂的加入，将符合要求的粘结剂输送至液箱，计量泵的单次加入量恢复至步骤2之前的正常使用值，进行下一轮粘结剂的加入。
36.该实例通过将实际加入量与理论计算量进行计算比较，可以获知加入的准确性，然后根据差值量与误差量的对比结果判断后续步骤，最终使得实际加入量与理论计算的差值量始终保持在系统设置的误差量内。通过这种闭环检测和动态调节的过程，使得粘结剂的加入量得到精准控制。
37.下面结合具体实施例对所述基于3d打印的物料加入方法进行说明，以进一步理解所本技术的构思。
38.实施例1
39.一种基于3d打印的物料加入方法，包括以下步骤：
40.第一步，根据3d打印胚体所需的粉末用量及加入的粘结剂比例，计算需要加入的粘结剂用量。如3d打印机需要打印砂型，按照比例计算出砂粒内需要加入的粘结剂用量是100g，也就是a＝100g；系统设置的允许误差量是1g以内或者是误差在1％以内(这个允许误差是打印过程根据粉末材料、粘结剂的种类及比例进行设定的)。
41.第二步，打印机系统通过计量泵的控制从储液箱(储存粘结剂的容器)中抽取或提取100g粘结剂；通过计量泵抽取的粘结剂输出到称重机构处，通过称重机构称量实际的粘结剂重量。
42.第三步，称重机构对计量泵输出的粘结剂进行称重，称重得到的实际粘结剂加入量。如果称重后实际加入量是90g,也就是b＝90g,此时理论计算量与实际加入量的差值量是a-b＝10g。此时，由于系统预设的允许误差量是1g以内，而目前实际的差值量是10g大于误差量，所以需要进入下一步(第四步)。
43.第四步，在上述步骤中，实际加入的粘结剂用量比理论计算少了10g,为了精准控制加入粘结剂，在该步骤中，将差值量10g的粘结剂分成一次或多次加入，加入时由计量泵控制再次从储料箱往称重机构处输送。
44.第五步，上述差值量加入完成后，称重机构将第一次加入的粘结剂与分次加入的粘结剂总和再次进行称重，然后计算此时实际的加入量和理论计算量的差值量。如果本次计算的差值量在1g以内，那本次粘结剂的精准加入完成，进入第六步；如果差量量不在1g以内，那就继续按照第四步的方式再次进行。
45.第六步，当粘结剂的实际加入量满足要求后，则完成该轮粘结剂的加入，系统将符合要求的粘结剂用量从称重机构处输送至收液箱供后序使用，计量泵的单次加入量恢复至首次加入粘结剂时的使用值，为下一轮粘结剂的加入做准备。
46.上述粘结剂加入方法，粘结剂的加入通过称重机构和计量泵控制，可以实现闭环的检测和动态调整，实现了粘结剂的精准加入。并且，加入的粘结剂是一直处于称重机构处，当实际的加入量满足要求后再集中一次输送至液箱，该过程使得粘结剂的称重及加入
更加精准，避免多次输送造成损失，影响最终用量。需要说明的是，分次加入时，计量泵控制的管道或阀门的开合度小于首次加入时的开合度，这样管道输送的精准度更高。
47.实施例2
48.为避免系统命令延时、阀体动作延时、计量泵的响应延时造成的粘结剂加入不可控制问题，为了进一步确保粘结剂的精准加入量，可将每次加入后的粘结剂量都进行称重检测，具体的可在实施例1的第五步的称重过程中采取以下方法：
49.实施例1中，首次加入粘结剂后，实际加入量与理论计算量的差值量是10g,此时，可将10g的差值量分两次进行加入。假设，第一次加入8g,第二次加入2g。为了保证加入量精准，在第一加入8g后，称重机构就进行称重(称重方式与实施例1中的第五步相同)，如果差值量在预设范围1g内，则本次加入的粘结剂用量已达到要求，直接进入第六步，计划第二次加入的2g就不再加入。如果称重后计算的差值量不在1g的预设范围(大于1g)，则进行第二次的加入。需要说明的是，第二次的加入可根据实际计算的差值量进行(如果差值量是2.5g,则可以按照预先计划的2g进行加入；如果差值量是1.5g则可以加入1g)。然后再次称重计算，重复上述步骤，直至粘结剂的实际加入量满足要求。
50.该过程对每次加入后的粘结剂用量都进行闭环检测，根据检测计算结果可以实时进行动态调整；并且每次加入量都控制在差值量范围内，精准控制加入量的同时，还减少不必要的过程步骤。
51.实施例3
52.由于粘结剂是液体，管道输送有一定损失，计量泵、阀体等的开合调整度和调整次数对于流体的输送也有一定影响，所以为了减少输送过程的损失，提高精准性，在实施例1中的第四步，对差值量的加入次数和加入量提出更优的方案。具体可通过以下方法实现：
53.将理论计算量a与实际加入量b的差值量记为x,将系统要求的预设误差记为y；加入次数记为c,c≥x/(a*y)；单次加入量记为s，s＝x/c；其中c为正整数。
54.具体操作过程如下，在一打印过程中，需要的粘结剂理论计算量a＝100，实际加入量b＝95g，理论计算量与实际加入量的差值量x＝5g，由于系统预设的误差量是1g以内，所以预设误差y＝1g/100g＝1％(预设误差可以根据实际要求自定)，此时加入次数c根据公式计算是不少于5次，为了加入效率高，取加入次数c＝5,此时，单次加入量s＝1g。即，可将当前的差值量5g分5次加入，每次加入1g。
55.这种加入方式，计量泵的输出口和/或阀体的开合度调小后可以实现多次加入而无需再进行多次调节，加入量精准且调节便捷省时。
56.在一实施例中，为了确保加入的粘结剂用量精确，计量泵控制加入的实际粘结用量小于理论计算量，这样后续逐次少量加入，通过闭环称重及动态调整，实现精准加入。
57.在一实施例中，为了确保加入的粘结剂用量精确，在实施例1的第四步中，分次加入的粘结剂总量不能高于差值量，也是为了后续检测称重还可以继续调整。
58.在一实施方例中，为了实现上述实施例的方法步骤，本技术还提供了一种物料加入装置，该装置应用在上述基于3d打印的物料加入方法中。
59.进一步的，参照附图1所示，物料加入装置包括通过管路顺序相连的储液箱1、计量泵2、阀体3、称重机构4和收液箱5。其中，储液箱内存储粘结剂；计量泵可采用电磁计量泵，用于计量加入的粘结剂量；阀体可以控制粘结剂的流体，通过调节阀体开合度(开口大小)，
可以控制粘结剂的流入流出；称重机构可以存储加入的粘结剂，也可以对粘结剂进行称量；收液箱可存储称重后、符合要求的粘结剂，用于后续砂粒或粉末的混合。具体的，计量泵控制阀体开合将储液箱中的粘结剂通过管道输送至称重机构处，称重机构对加入的粘结剂进行称重计算，如果加入的粘结剂用量不符合要求，就按照加入方法继续加入检测，最终将称重后符合加入要求的粘结剂输送至收液箱，然后供后序使用。
60.在一实施例中，为了加入粘结剂的用量准确，计量泵到阀体之间是持续充满粘结剂的，然后需要加入粘结剂时，调整阀体的开合度。具体的，在需要多次添加粘结剂时，将阀体开合度与电磁计量泵单次加入量绑定，设置方式为加入次数越多(单次加入量越少)，阀体开合度越小。这样通过控制阀体的开合度，实现粘结剂的精准加入。
61.在一实施例中，称重机构包括称重器，称重器用于粘结剂重量的测量及数据反馈。具体的，称重器也成为称重传感器，可以根据粘结剂加入量的不同选择不同的型号，并且称重传感器的称重误差不大于系统预设误差。如，称重传感器的单次最大加入量是30g，系统的预设误差是1％以内，那么称重传感器的误差量需要在0.3g以内。
62.在一实施例中，本技术还提供了一种3d打印系统，该系统包括：存储模块，用于存储计算机程序；处理模块，用于执行所述计算机程序时实现如上述实施例中的基于3d打印的物料加入方法的步骤。具体的，存储模块可以存储计量泵、称重传感器、阀体等的信息数据，并反馈给处理模块。处理模块可控制计量泵输出粘结剂、阀体开合、称重传感器称量粘结剂以及加入量与理论计算量的计算分析及各种控制，最终实现粘结的精准加入。优选的，处理模块包括pid控制，通过pid算法实现上述过程。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于3d打印的物料加入方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:根据3d打印所需的粉末量及粘结剂加入比例，计算所需加入的粘结剂用量,将该步骤的粘结剂用量称为理论计算量a；s2:通过计量泵控制加入s1中需要的粘结剂用量；s3:称量s2中计量泵输出的粘结剂用量，此时该用量称为实际加入量b；计算理论计算量a与实际加入量b的差值量，若该差值量不在预设范围内，则进入第s4；否则进入s6；s4:将s3中计算的差值量分若干次由计量泵控制加入；s5:完成s4的加入后，系统对加入的所有粘结剂再进行称重，计算理论计算量a与实际加入量b的差值量，如差值量在预设误差范围内，则进入s6,否则进入s4。s6：完成该轮粘结剂的加入，将符合用量要求的粘结剂输送至液箱，计量泵的单次加入量恢复至步骤2之前的正常使用值，然后进行下一轮粘结剂的加入。2.根据权利要求1所述的基于3d打印的物料加入方法，其特征在于，s5还包括对s4每次加入后的粘结剂量进行称重，然后计算理论计算量a与实际加入量b的差值，如差值在预设范围内，则进入s6,否则进入s4。3.根据权利要求1所述的基于3d打印的物料加入方法方法，其特征在于，s4中的若干次粘结剂的加入量和加入次数可通过以下方法实现：将理论计算量a与实际加入量b的差值量记为x,将系统要求的预设误差记为y；加入次数记为c,c≥x/(a*y)；单次加入量记为s，s＝x/c；其中c为正整数。4.根据权利要求1所述的基于3d打印的物料加入方法，其特征在于，在s2中，计量泵控制加入粘结剂的实际加入量小于理论计算量。5.根据权利要求1所述的基于3d打印的物料加入方法，其特征在于，在s4中，若干次加入粘结剂总量不大于差值量。6.一种物料加入装置，其特征在于，应用在权利要求1-5中任一项所述的基于3d打印的物料加入方法中。7.根据权利要求6所述的物料加入装置，其特征在于，包括储液箱、计量泵、阀体、称重机构和收液箱，所述计量泵控制阀体开合将储液箱中的粘结剂通过管道输送至所述称重机构处，所述称重机构对加入的粘结剂进行称重。8.根据权利要求7所述的物料加入装置，其特征在于，所述计量泵的加入次数越多，所述阀体的开合度越小。9.根据权利要求7所述的物料加入装置，其特征在于，所述称重机构包括称重器，所述称重器的称重误差不大于系统预设误差。10.一种3d打印系统，其特征在于，包括：存储模块，用于存储计算机程序；处理模块，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于3d打印的物料加入方法的步骤。

技术总结
一种基于3D打印的物料加入方法、装置及系统，包括以下步骤：根据3D打印所需的粉末量及粘结剂加入比例，计算所需加入的粘结剂用量,通过计量泵控制加入所需的粘结剂；称量计量泵加入的粘结剂用量，计算所需的粘结剂用量与实际加入量的差值量，若该差值量在预设范围内，则本轮粘结剂加入完成；若差值量不在预设范围内，则将差值量分次再继续添加，然后进行称重计算，计算结果在预设范围内完成本轮加入，否则重复上述添加步骤。该加入方法通过闭环检测和动态调整，实现了粘结剂的精准加入。实现了粘结剂的精准加入。实现了粘结剂的精准加入。


技术研发人员：杜海平 周志军 杜银学 虎成
受保护的技术使用者：共享智能装备（安徽）有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/31