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CN111231302A - 一种基于激光测距的三维重建和切片式3d打印装置及方法 - Google Patents

一种基于激光测距的三维重建和切片式3d打印装置及方法 Download PDF

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CN111231302A
CN111231302A CN202010013829.0A CN202010013829A CN111231302A CN 111231302 A CN111231302 A CN 111231302A CN 202010013829 A CN202010013829 A CN 202010013829A CN 111231302 A CN111231302 A CN 111231302A
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Abstract

本发明提供了一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，属于3D打印技术领域，包括装置本体，装置本体设有扫描区和打印区；扫描区内设有置物平台，置物平台的周向设有可升降的扫描机构；打印区内设有用于成型3D产品的喷头和用于承载3D产品的热床平台，喷头和热床平台通过三轴运动机构实现三轴联动；控制系统用于控制三轴运动机构动作。本发明还提供了一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法。本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，本装置可以直接将想要得到的目标产品进行扫描后打印出来，省去了目前已有的将扫描后的文件再经过电脑的处理后再进行打印的一系列繁琐操作，操作简便，生产效率高。

Description

一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置及方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，更具体地说，是涉及一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置及方法。
背景技术
目前3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品从开发到投入市场的时间。目前已有的3D打印设备将扫描后的文件先经过电脑的处理后再进行打印，操作繁琐，效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，旨在解决目前已有的3D打印设备将扫描后的文件先经过电脑的处理后再进行打印，操作繁琐，效率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，包括装置本体，所述装置本体设有扫描区和打印区；
所述扫描区内设有用于放置打印目标的置物平台，所述置物平台的周向设有可升降的扫描机构，所述扫描机构用于扫描所述打印目标的距离参数；
所述打印区内设有用于成型3D产品的喷头和用于承载所述3D产品的热床平台，所述喷头和所述热床平台通过三轴运动机构实现三轴联动；
控制系统，用于接收所述扫描机构的所述距离参数生成扫描信号，并进行分析处理生成控制信号，通过所述控制信号用于控制所述三轴运动机构动作。
作为本申请另一实施例，所述扫描区为箱体结构，一侧开口，所述打印区位于所述扫描区的上方，所述置物平台位于所述箱体结构内腔的底面。
作为本申请另一实施例，所述箱体结构内腔的顶面设有补光灯，所述补光灯用于照射所述置物平台上的所述打印目标。
作为本申请另一实施例，所述扫描机构为激光测距仪，所述激光测距仪设于所述置物平台的周向，所述箱体结构内腔的相对侧壁设有移动组件，所述移动组件用于控制所述激光测距仪升降。
作为本申请另一实施例，所述打印区包括矩形框架，所述矩形框架水平设于所述箱体结构的上方，所述三轴运动机构设于所述矩形框架上，用于控制所述喷头和所述热床平台三轴联动。
作为本申请另一实施例，所述三轴运动机构包括X向位移组件、Y向位移组件和Z向位移组件；所述矩形框架的上方设有安装架，所述X向位移组件和所述Y向位移组件设于所述安装架上，用于控制所述喷头沿X向或Y向移动；所述Z向位移组件设于所述矩形框架内，用于控制所述热床平台沿Z向移动。
作为本申请另一实施例，所述控制系统包括位置信号采集器和信号处理器，所述位置信号采集器用于采集所述激光测距仪的所述距离参数生成所述扫描信号，并通过所述信号处理器处理所述控制信号，用于控制所述三轴运动机构动作。
本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的有益效果在于：与现有技术相比，扫描区内的扫描机构扫描置物平台上的打印目标，生成距离参数，控制系统采集距离参数生成扫描信号，分析扫描信号生成控制信号，控制系统通过控制信号控制三轴运动机构动作，使位于打印区的喷头在热床平台上完成3D产品的打印。本装置可以直接将想要得到的目标产品进行扫描后打印出来，省去了目前已有的将扫描后的文件再经过电脑的处理后再进行打印的一系列繁琐操作，操作简便，生产效率高。
本发明还提供了一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法，包括所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，还包括以下步骤：
S1：以置物平台中心为原点，建立极坐标系，扫描机构生成距离参数H和h，H为扫描机构的内径，h为扫描机构距打印目标的距离；
S2：控制系统采集扫描机构的距离参数H和h，并进行分析处理，得到a＝H/2-h，a为打印目标在极坐标系中的距离；
S3：控制系统进行分析处理，得到A＝aK，K为缩放系数；
S4：喷头启动，控制系统根据A值，控制三轴运动机构动作；
S5：三轴运动机构完成一次动作后，扫描机构上升一个单元，完成单元的三轴运动机构的动作，扫描机构不断上升，直至H＝h时停机。
作为本申请另一实施例，在步骤S1中，建立完所述极坐标系后，先对H值进行校正。
本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法，与现有技术相比，以置物平台中心为原点，建立极坐标系，扫描机构生成距离参数H和h，H为扫描机构的内径，h为扫描机构距打印目标的距离；控制系统采集扫描机构的距离参数H和h，并进行分析处理，得到a＝H/2-h，a为打印目标在极坐标系中的距离；控制系统进行分析处理，得到A＝aK，K为缩放系数；启动喷头，控制系统根据A值，控制三轴运动机构动作；三轴运动机构完成一次动作后，扫描机构上升一个单元，完成单元的三轴运动机构的动作，扫描机构不断上升，直至H＝h时停机。本装置可以直接将想要得到的目标产品进行扫描后打印出来，省去了目前已有的将扫描后的文件再经过电脑的处理后再进行打印的一系列繁琐操作，操作简便，生产效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的立体图；
图2为本发明实施例提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的主视图；
图3为本发明实施例提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法的流程图。
图中：100、扫描区；200、打印区；300、置物平台；400、扫描机构；401、激光测距仪；402、移动组件；500、喷头；600、热床平台；700、三轴运动机构；701、X向位移组件；702、Y向位移组件；703、Z向位移组件；800、补光灯。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1及图2，现对本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置进行说明。一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，包括装置本体，装置本体设有扫描区100和打印区200；扫描区100内设有用于放置打印目标的置物平台300，置物平台300的周向设有可升降的扫描机构400，扫描机构400用于扫描打印目标的距离参数；打印区200内设有用于成型3D产品的喷头500和用于承载3D产品的热床平台600，喷头500和热床平台600通过三轴运动机构700实现三轴联动；控制系统用于接收扫描机构400的距离参数生成扫描信号，并进行分析处理生成控制信号，通过控制信号用于控制三轴运动机构700动作。
扫描区100位于装置本体的下部，打印区200位于装置本体的上部，扫描区100扫描打印目标的同时，打印区200即可同步成型3D产品。喷头500用来进行对3D产品加热以及送给；热床平台600是用来放置3D产品并用于防止3D产品打印的时候出现翘边的情况。
本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，与现有技术相比，扫描区100内的扫描机构400扫描置物平台300上的打印目标，生成距离参数，控制系统采集距离参数生成扫描信号，分析扫描信号生成控制信号，控制系统通过控制信号控制三轴运动机构700动作，使位于打印区200的喷头500在热床平台600上完成3D产品的打印。本装置可以直接将想要得到的目标产品进行扫描后打印出来，省去了目前已有的将扫描后的文件再经过电脑的处理后再进行打印的一系列繁琐操作，操作简便，生产效率高。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，扫描区100为箱体结构，一侧开口，打印区200位于扫描区100的上方，置物平台300位于箱体结构内腔的底面。本实施例中，扫描区100为半封闭的箱体结构，目标产品通过一侧开口放入置物平台300上。置物平台300为圆盘结构，便于确定极坐标系的原点。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，箱体结构内腔的顶面设有补光灯800，补光灯800用于照射置物平台300上的打印目标。本实施例中，补光灯800为无影灯，安装在箱体结构内腔的顶面，使用无影灯照射打印目标，能够消除打印目标的阴影，并能减少打印目标色彩失真，便于扫描机构400识别打印目标的颜色。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，扫描机构400为激光测距仪401，激光测距仪401设于置物平台300的周向，箱体结构内腔的相对侧壁设有移动组件402，移动组件402用于控制激光测距仪401升降。本实施例中，激光测距仪401为圆环结构，内圈周向安装有激光测距探头，移动组件402为纵向设置的滑道，激光测距仪401的外圈相对设有两个与滑道滑动配合的滑槽，滑槽和滑道可通过齿轮、螺纹啮合或推力等机械力驱动滑动，并通过电控设备连接电机等实现自动升降。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，打印区200包括矩形框架，矩形框架水平设于箱体结构的上方，三轴运动机构700设于矩形框架上，用于控制喷头500和热床平台600三轴联动。本实施例中，矩形框架的下端四角设有垫块，矩形框架通过四个垫块平稳放置于箱体结构的上方。喷头500和热床平台600均设置在该矩形框架上。同时，三轴运动机构700设于矩形框架上，喷头500和热床平台600通过三轴运动机构700实现三轴联动，即实现喷头500相对于热床平台600可实现三维运动，用于打印3D产品。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，三轴运动机构700包括X向位移组件701、Y向位移组件702和Z向位移组件703；矩形框架的上方设有安装架，X向位移组件701和Y向位移组件702设于安装架上，用于控制喷头500沿X向或Y向移动；Z向位移组件703设于矩形框架内，用于控制热床平台600沿Z向移动。本实施例中，矩形框架上部的两侧纵向设有立梁，立梁侧壁上设有纵向的滑轨，立梁上还设有与滑轨滑动配合的滑块，纵向设置的丝杠通过固设于矩形框架上升降电机驱动转动，丝杠与滑块螺纹配合。其中一个滑块上设有X向水平电机，另一个滑块上设有转动轴，X向水平电机的驱动端和转动轴之间安装有X向皮带，喷头500通过连接件安装在X向皮带上。升降电机驱动丝杠转动，滑块沿滑轨升降从而带动喷头500实现Y向的移动。X向水平电机驱动X向皮带转动，通过连接件带动喷头500实现X向的移动。矩形框架内部设有Z向水平电机，Z向水平电机的驱动端安装有Z向皮带，热床平台600通过连接件安装在Z向皮带上。Z向水平电机驱动Z向皮带转动，通过连接件带动热床平台600实现Z向的移动。此外，矩形框架内侧还设有导向杆，热床平台600的下端面设有导向套，导向杆的轴向与Z向皮带的传送方向相同，热床平台600在移动时，导向套通过导向杆的导向，能够提高热床平台600移动的稳定性。三轴运动机构700的X向、Y向和Z向三个维度的运动上，均设置有限位开关，限位开关采用光电式限位开关，限位开关设在X向、Y向和Z向的移动边缘，目的是防止各个部件碰撞或脱出，起到一定的保护作用。在激光测距仪401的移动组件402上同样设有限位开关，能够避免激光测距仪401脱出。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，控制系统包括位置信号采集器和信号处理器，位置信号采集器用于采集激光测距仪401的距离参数生成扫描信号，并通过信号处理器处理控制信号，用于控制三轴运动机构700动作。本实施例中，控制系统还包括系统运行监测电路、外部输入电路和驱动电路，各个电路通过主处理器分别控制各个电机，在主处理器的调度控制下对实际各个电机进行控制，从而实现3D自动化打印的任务。
请参阅图3，本发明还提供了一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法，包括上述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，还包括以下步骤：
S1：以置物平台300中心为原点，建立极坐标系，扫描机构400生成距离参数H和h，H为扫描机构400的内径，h为扫描机构400距打印目标的距离；
S2：控制系统采集扫描机构400的距离参数H和h，并进行分析处理，得到a＝H/2-h，a为打印目标在极坐标系中的距离；
S3：控制系统进行分析处理，得到A＝aK，K为缩放系数；
S4：喷头500启动，控制系统根据A值，控制三轴运动机构700动作；
S5：三轴运动机构700完成一次动作后，扫描机构400上升一个单元，完成单元的三轴运动机构700的动作，扫描机构400不断上升，直至H＝h时停机。
本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法，与现有技术相比，以置物平台300中心为原点，建立极坐标系，扫描机构400生成距离参数H和h，H为扫描机构400的内径，h为扫描机构400距打印目标的距离；控制系统采集扫描机构400的距离参数H和h，并进行分析处理，得到a＝H/2-h，a为打印目标在极坐标系中的距离；控制系统进行分析处理，得到A＝aK，K为缩放系数；启动喷头500，控制系统根据A值，控制三轴运动机构700动作；三轴运动机构700完成一次动作后，扫描机构400上升一个单元，完成单元的三轴运动机构700的动作，扫描机构400不断上升，直至H＝h时停机。本装置可以直接将想要得到的目标产品进行扫描后打印出来，省去了目前已有的将扫描后的文件再经过电脑的处理后再进行打印的一系列繁琐操作，操作简便，生产效率高。
作为本发明提供的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法的一种具体实施方式，在步骤S1中，建立完极坐标系后，先对H值进行校正。本实施例中，扫描机构400为激光测距仪401，激光测距仪401之间的距离H是指激光测距仪401内圈各对应激光测距探头之间的距离，校正即为重新测量，因为激光测距仪401在不同环境下存在一定误差(例如介质、灯光不同)，为了减小误差在每次使用前进行重新测量校正。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，包括装置本体，所述装置本体设有扫描区和打印区；
所述扫描区内设有用于放置打印目标的置物平台，所述置物平台的周向设有可升降的扫描机构，所述扫描机构用于扫描所述打印目标的距离参数；
所述打印区内设有用于成型3D产品的喷头和用于承载所述3D产品的热床平台，所述喷头和所述热床平台通过三轴运动机构实现三轴联动；
控制系统，用于接收所述扫描机构的所述距离参数生成扫描信号，并进行分析处理生成控制信号，通过所述控制信号用于控制所述三轴运动机构动作。
2.如权利要求1所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，所述扫描区为箱体结构，一侧开口，所述打印区位于所述扫描区的上方，所述置物平台位于所述箱体结构内腔的底面。
3.如权利要求2所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，所述箱体结构内腔的顶面设有补光灯，所述补光灯用于照射所述置物平台上的所述打印目标。
4.如权利要求2或3所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，所述扫描机构为激光测距仪，所述激光测距仪设于所述置物平台的周向，所述箱体结构内腔的相对侧壁设有移动组件，所述移动组件用于控制所述激光测距仪升降。
5.如权利要求4所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，所述打印区包括矩形框架，所述矩形框架水平设于所述箱体结构的上方，所述三轴运动机构设于所述矩形框架上，用于控制所述喷头和所述热床平台三轴联动。
6.如权利要求5所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，所述三轴运动机构包括X向位移组件、Y向位移组件和Z向位移组件；所述矩形框架的上方设有安装架，所述X向位移组件和所述Y向位移组件设于所述安装架上，用于控制所述喷头沿X向或Y向移动；所述Z向位移组件设于所述矩形框架内，用于控制所述热床平台沿Z向移动。
7.如权利要求5所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，其特征在于，所述控制系统包括位置信号采集器和信号处理器，所述位置信号采集器用于采集所述激光测距仪的所述距离参数生成所述扫描信号，并通过所述信号处理器处理所述控制信号，用于控制所述三轴运动机构动作。
8.一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印装置，还包括以下步骤：
S1：以所述置物平台中心为原点，建立极坐标系，所述扫描机构生成所述距离参数H和h，H为所述扫描机构的内径，h为所述扫描机构距所述打印目标的距离；
S2：所述控制系统采集所述扫描机构的所述距离参数H和h，并进行分析处理，得到a＝H/2-h，a为所述打印目标在所述极坐标系中的距离；
S3：所述控制系统进行分析处理，得到A＝aK，K为缩放系数；
S4：所述喷头启动，所述控制系统根据A值，控制所述三轴运动机构动作；
S5：所述三轴运动机构完成一次动作后，所述扫描机构上升一个单元，完成所述单元的所述三轴运动机构的动作，所述扫描机构不断上升，直至H＝h时停机。
9.如权利要求8所述的一种基于激光测距的三维重建和切片式3D打印方法，其特征在于，在步骤S1中，建立完所述极坐标系后，先对H值进行校正。
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