一种FDM-3D打印机丝材检测方法及装置与流程

一种fdm-3d打印机丝材检测方法及装置
技术领域
1.本发明涉及耗材检测技术领域，特别涉及一种fdm-3d打印机丝材检测方法及装置。


背景技术：

2.在3d打印领域，由于3d打印耗时较长，3d打印过程通常处于无人值守状态，若耗材丝发生打结缠绕时就会发生供重减轻，耗材盘会离开托架乱窜，极易形成耗材被污染影响打印质量同时极易形成缠绕。
3.为解决上述情况发生，设计了各种3d打印机机耗材固定旋转盘结构，目的就是使耗材盘固定并实现稳定供料。但是这些装置有一定缺陷，首先不能适配目前市面上所有fdm机型，其次设计的装置均会导致耗材所需的拉力更大，对挤出机造成影响，使得挤出机的机构有可能发生打滑，进而影响3d打印机的打印效果。
4.现有技术中，fdm打印机通常只有断丝检测，对丝材的供给过程并不做智能检测，在供给过程中除断丝以外的各类状态均无法准确检测，无法保证无人值守状态下3d打印的打印成功率。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种fdm-3d打印机丝材检测方法及装置，旨在对3d打印中的丝材进行智能检测，以提升无人值守状态下3d打印的打印成功率。
6.本发明的第一方面在于提供一种fdm-3d打印机丝材检测方法，通过一fdm-3d打印机丝材检测装置实现，其中：
7.所述fdm-3d打印机丝材检测装置包括基座、转动连接于所述基座上且与所述基座层叠设置的导丝件，所述导丝件与所述基座上一凸起的支撑部上分别设有导丝孔，丝材穿过所述导丝孔以完成供料；还包括设于所述支撑部上且间隔设置的第一导轮与第二导轮，所述丝材穿过所述第一导轮与所述第二导轮之间；还包括分别用于检测所述第一导轮、所述第二导轮转速的第一转速传感器与第二转速传感器，以及用于检测所述导丝件压力的压力传感器，所述第一转速传感器、所述第二转速传感器及压力传感器均设于所述基座上；
8.所述fdm-3d打印机丝材检测方法包括：
9.当所述压力传感器检测到所述导丝件的压力值发生变化，确定穿设于所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径；
10.确定所述第一转速传感器获取的第一转速值与所述第二轮速传感器获取的第二转速值的转速差值，判断所述转速差值是否在预设范围内；
11.若是，计算所述第一转速值与所述第二转速值的平均值，结合所述丝材的当前直径计算得到所述丝材的实际给进速度；
12.通过对所述丝材的当前直径与实际给进速度进行数据分析，对应输出用于控制所述丝材给进过程中的控制策略。
13.根据上述技术方案的一方面，所述压力传感器设于所述支撑部上远离所述导丝件转动连接处的一端，所述压力传感器与所述导丝件之间设有一弹性件，当所述压力传感器检测到所述导丝件的压力值发生变化，确定穿设于所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径的步骤，具体包括：
14.当所述丝材的直径发生变化时，所述导丝件沿着与所述基座的转动连接处进行转动，并通过所述弹性件将压力传递至所述压力传感器的应变区；
15.基于所述压力传感器确定压力变化值，基于所述压力变化值确定所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径。
16.根据上述技术方案的一方面，基于所述压力变化值确定所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径的步骤之后，所述方法还包括：
17.当所述丝材的当前直径d1低于第一预设值时，即d1《dmin且工作时间t》500ms时，判定丝材中断；
18.通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送停止打印指令和保存打印现场指令至3d打印机。
19.根据上述技术方案的一方面，基于所述压力变化值确定所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径的步骤之后，所述方法还包括：
20.当所述丝材的当前直径d1在t》500ms时间段内，若所述丝材的当前直径d1的波动范围超10％，根据检测到的丝材当前直径d1计算获得到对应挤出机的挤出速度；
21.将所述挤出机的挤出速度和工作时间通过控制器发送给3d打印机，以使3d打印机的挤出机的挤出速度对丝材的直径变化进行自适应。
22.根据上述技术方案的一方面，基于所述压力变化值确定所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径的步骤之后，所述方法还包括：
23.当所述丝材的当前直径d1》dmin且所述第一转速值与所述第二转速值的差值超过预定限定值，判定第一导轮与第二导轮在丝材直径正常时存在转速差，所述弹性件或第一导轮与第二导轮的旋转机构存在问题，通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送错误代码以停止3d打印工作。
24.根据上述技术方案的一方面，在计算所述第一转速值与所述第二转速值的平均值，结合所述丝材的当前直径计算得到所述丝材的实际给进速度的步骤之后，所述方法还包括：
25.当所述丝材的实际给进速度v1＜目标速度v2且工作时间t》500ms时，判定所述丝材滑丝；
26.控制3d打印机暂停打印并将打印喷头移出当前打印区域，控制挤出机运动，若所述丝材的实际给进速度v1仍与目标速度v2不一致，通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送调速指令以对应调整挤出机的挤出转速。
27.根据上述技术方案的一方面，在计算所述第一转速值与所述第二转速值的平均值，结合所述丝材的当前直径计算得到所述丝材的实际给进速度的步骤之后，所述方法还包括：
28.当所述丝材的实际给进速度v1＝0且目标速度v2》0且t》500ms，判定所述丝材发生阻塞，通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送停机指令以控制所述3d打印机暂
停打印并控制打印喷头退出打印工作区域；
29.控制所述3d打印机的挤出机运转，多次确定所述第一转速值与所述第二转速值的差值，若转速差值始终大于预设差值，判定丝材完全阻塞；
30.通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送人工接管请求，以通过人工检查所述丝材的给进状态。
31.本发明的第二方面在于提供一种fdm-3d打印机丝材检测装置，所述fdm-3d打印机丝材检测装置包括基座、转动连接于所述基座上且与所述基座层叠设置的导丝件，所述导丝件与所述基座上一凸起的支撑部上分别设有导丝孔，丝材穿过所述导丝孔以完成供料；还包括设于所述支撑部上且间隔设置的第一导轮与第二导轮，所述丝材穿过所述第一导轮与所述第二导轮之间；还包括分别用于检测所述第一导轮、所述第二导轮转速的第一转速传感器与第二转速传感器，以及用于检测所述导丝件压力的压力传感器，所述第一转速传感器、所述第二转速传感器及压力传感器均设于所述基座上。
32.根据上述技术方案的一方面，所述压力传感器设于所述支撑部上远离所述导丝件转动连接处的一端，所述压力传感器与所述导丝件之间设有一弹性件。
33.根据上述技术方案的一方面，所述第一转速传感器设于所述支撑部上且正对所述第一导轮，所述第二转速传感器设于所述基座上背离所述第二导轮的一侧，且所述第二转速传感器正对所述第二导轮的旋转机构。
34.与现有技术相比，采用本发明所示的fdm-3d打印机丝材检测方法及装置，有益效果在于：
35.该装置将原有的断丝检测功能集成，可以避免因丝材丝径发生变化而导致断丝检测误报警，同时能够检测丝材给进速度，从而判断丝材是否滑丝或缠绕，同时还可以判断丝材直径的变化波动范围，给3d打印机提供更加智能的丝材数据参考，实现丝材的智能管理与检测，提高3d打印机在无人值守状态下的打印质量和成功率。
附图说明
36.图1为本发明一实施例中fdm-3d打印机丝材检测在第一视角下的结构示意图；
37.图2为本发明一实施例中fdm-3d打印机丝材检测在第二视角下的结构示意图；
38.图3为本发明一实施例中fdm-3d打印机丝材检测方法的流程示意图；
39.图4为本发明一实施例中fdm-3d打印机丝材检测方法的整体流程示意图；
40.主要元件符号说明：
41.丝材100、基座10、支撑部11、导丝件20、导丝孔21、第一导轮30、第一转速传感器31、第二导轮32、旋转机构320、第二转速传感器33、压力传感器34、弹性件35。
42.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
43.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
44.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上
或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
45.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例的目的，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。
46.实施例一
47.请结合图1-2，本发明的第一实施例提供了一种fdm-3d打印机丝材检测装置，该fdm-3d打印机丝材检测装置包括基座10、转动连接于所述基座10上且与所述基座10层叠设置的导丝件20，所述导丝件20与所述基座10上一凸起的支撑部11上分别设有导丝孔，丝材100穿过所述导丝孔以完成供料；还包括设于所述支撑部11上且间隔设置的第一导轮30与第二导轮32，所述丝材100穿过所述第一导轮30与所述第二导轮32之间；还包括分别用于检测所述第一导轮30、所述第二导轮32转速的第一转速传感器31与第二转速传感器33，以及用于检测所述导丝件20压力的压力传感器34，所述第一转速传感器31、所述第二转速传感器33及压力传感器34均设于所述基座10上。
48.其中，基座10具有一定的承载作用，用于承载转动连接于基座10之上的导丝件20，该导丝件20上设有导丝孔21，用于3d打印的丝材100分别穿过导丝件20的导丝孔21及基座10支撑部11上预设的导丝孔。其中，在丝材100的两侧，即基座10支撑部11上分别设有两个能够转动的第一导轮30与第二导轮32，第一导轮30与第二导轮32设于导丝件20与支撑部11之间的丝材100两侧，且丝材100给进过程中，在摩擦力作用下，第一导轮30与第二导轮32能够同时转动。其中，为了对第一导轮30及第二导轮32转动时的转速进行测试，该装置还包括用于检测第一导轮30转速的第一转速传感器31以及用于检测第二导轮32转速的第二转速传感器33，以分别获取第一导轮30与第二导轮32的转速。同时，在丝材100给进过程中当丝材100直径发生变化时，将向导丝件20施加压力，从而使得导丝件20在基座10上发生转动，此时，通过压力传感器34即可获取丝材100向导丝件20施加压力的压力值，从而根据压力值变化确定丝材100直径。
49.具体而言，所述压力传感器34设于所述支撑部11上远离所述导丝件20转动连接处的一端，所述压力传感器34与所述导丝件20之间设有一弹性件35，在丝材100直径发生变化，导丝件20转动过程中将通过弹性件35向压力传感器34施加压力，从而能够通过压力传感器34获取到导丝件20所施加的压力，从而根据压力变化值确定丝材100的直径。
50.进一步的，所述第一转速传感器31设于所述支撑部11上且正对所述第一导轮30，该第一转速传感器31的感应端例如通过设置在支撑部11的一通孔内以正对第一导轮30，从而能够获取到第一导轮30的转速；为了避免结构干涉，所述第二转速传感器33设于所述基座10上背离所述第二导轮32的一侧，且所述第二转速传感器33正对所述第二导轮32的旋转机构320。
51.与现有技术相比，采用本实施例所示的fdm-3d打印机丝材100检测装置，有益效果在于：该装置将原有的断丝检测功能集成，可以避免因丝材100丝径发生变化而导致断丝检测误报警，同时能够检测丝材100给进速度，从而判断丝材100是否滑丝或缠绕，同时还可以
判断丝材100直径的变化波动范围，给3d打印机提供更加智能的丝材100数据参考，实现丝材100的智能管理与检测，提高3d打印机在无人值守状态下的打印质量和成功率。
52.实施例二
53.请结合图3-4，本发明的第二实施例提供了一种fdm-3d打印机丝材检测方法，通过上述第一实施例当中所示的fdm-3d打印机丝材检测装置实现，所述fdm-3d打印机丝材检测方法包括步骤s10-s40：
54.步骤s10，当所述压力传感器检测到所述导丝件的压力值发生变化，确定穿设于所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径。
55.当所述丝材的直径发生变化时，所述导丝件沿着与所述基座的转动连接处进行转动，并通过所述弹性件将压力传递至所述压力传感器的应变区；
56.基于所述压力传感器确定压力变化值，基于所述压力变化值确定所述第一导轮与所述第二导轮之间丝材的当前直径。
57.在一些实施例中，当所述丝材的当前直径d1低于第一预设值时，即d1《dmin且工作时间t》500ms时，判定丝材中断；
58.通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送停止打印指令和保存打印现场指令至3d打印机。
59.在另一些实施例中，当所述丝材的当前直径d1在t》500ms时间段内，若所述丝材的当前直径d1的波动范围超10％，根据检测到的丝材当前直径d1计算获得到对应挤出机的挤出速度；
60.将所述挤出机的挤出速度和工作时间通过控制器发送给3d打印机，以使3d打印机的挤出机的挤出速度对丝材的直径变化进行自适应。
61.或者，当所述丝材的当前直径d1》dmin且所述第一转速值与所述第二转速值的差值超过预定限定值，判定第一导轮与第二导轮在丝材直径正常时存在转速差，所述弹性件或第一导轮与第二导轮的旋转机构存在问题，通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送错误代码以停止3d打印工作。
62.步骤s20，确定所述第一转速传感器获取的第一转速值与所述第二轮速传感器获取的第二转速值的转速差值，判断所述转速差值是否在预设范围内；
63.步骤s30，若是，计算所述第一转速值与所述第二转速值的平均值，结合所述丝材的当前直径计算得到所述丝材的实际给进速度；
64.步骤s40，通过对所述丝材的当前直径与实际给进速度进行数据分析，对应输出用于控制所述丝材给进过程中的控制策略。
65.在一些实施例中，当所述丝材的实际给进速度v1＜目标速度v2且工作时间t》500ms时，判定所述丝材滑丝；
66.控制3d打印机暂停打印并将打印喷头移出当前打印区域，控制挤出机运动，若所述丝材的实际给进速度v1仍与目标速度v2不一致，通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送调速指令以对应调整挤出机的挤出转速。
67.在另一些实施例当中，当所述丝材的实际给进速度v1＝0且目标速度v2》0且t》500ms，判定所述丝材发生阻塞，通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送停机指令以控制所述3d打印机暂停打印并控制打印喷头退出打印工作区域；
68.控制所述3d打印机的挤出机运转，多次确定所述第一转速值与所述第二转速值的差值，若转速差值始终大于预设差值，判定丝材完全阻塞；
69.通过所述fdm-3d打印机丝材检测装置的控制器发送人工接管请求，以通过人工检查所述丝材的给进状态。
70.如图4所示，本实施例所示的fdm-3d打印机丝材检测方法，具体而言，包括：
71.设定系统相关变量分别为：压力传感器的值g、压力传感器的下限值gmin、第一转速值n1、第二转速值n2，挤出机的设置转速n3、丝材直径d1、检测装置与挤出机的距离d2，丝材直径下限值dmin、丝材实际给进速度v1，挤出机对丝材的目标给进速度v2，工作时间t。
72.该检测装置可以安装到单喷头或多喷头3d打印机上，通过检测g值的变化，然后查表获取第一导轮与第二导轮之间丝材的当前直径d1，当第一转速值n1和第二转速值n2的差值在正常范围，计算第一转速与第二转速的平均值n，再根据第一导轮与第二导轮的直径数据可以获得丝材的实际给进速度v1，通过通讯接口获得挤出机对丝材的目标给进速度v2。
73.当打印丝材直径d1超下限,即d1《dmin且t》500ms，意味着丝材中断，检测装置的控制器可以发送停止打印和保存打印现场的指令给3d打印机。
74.当当前直径d1在t》500ms时间段内，当前直径d1的波动范围超10％，该装置将检测到的当前直径d1通过计算获得对应的挤出机挤出速度n3，将挤出机的设置转速n3和对应时间t通过控制器发送给3d打印机，用户可以不需要手动设置丝材直径，让打印机的挤出机的速度对丝材的变化进行自适应。
75.当当前直径d1》dmin且第一转速值n1与第二转速值n2的差值超过预定限定值，说明第一导轮与第二导轮在丝径正常的情况下存在转速差，可能是压缩弹簧或导轮旋转机构的问题，检测装置控制器发送错误代码并停止3d打印机工作。
76.当丝材给进速度v1《v2时且t》500ms，说明丝材发生滑丝，即丝材阻力增大，控制3d打印机暂停打印并将喷头移出当前打印区域，然后控制挤出机运动；如果丝材给进速度仍与目标速度不一致，那么控制器需要给3d打印机发送g代码，调整挤出机的挤出转速，保证喷头的移动速度能根据挤出机的实际丝材的给进量进行实时变化，让喷头的材料能够在丝材给进阻力发生波动的情况下仍然保证打印质量。
77.当丝材实际给进速度v1＝0且v2》0且t》500ms，说明装置检测到绕丝，丝材发生完全阻塞，即挤出机工作时，丝材的给进速度为0，此时控制器发送g代码，让3d打印机暂停打印，让打印机退出打印工作区后，尝试给3d打印机再次发送挤出机旋转指令，通过多次尝试检测v1与v2的差值，如果差值始终不能小于规定值，说明丝材彻底卡死，需要给用户发送信息人工干预，如果在多次尝试后v1》0，可以根据实际给进速度v1给3d打印机发送指令，调整xy轴移动速度及挤出机速度与丝材供给速度匹配，然后接续刚才停止打印的地方继续开始打印。
78.与现有技术相比，采用本实施例所示的fdm-3d打印机丝材检测方法，有益效果在于：可避免因丝材丝径发生变化而导致断丝检测误报警，同时能够检测丝材给进速度，从而判断丝材是否滑丝或缠绕，同时还可以判断丝材直径的变化波动范围，给3d打印机提供更加智能的丝材数据参考，实现丝材的智能管理与检测，提高3d打印机在无人值守状态下的打印质量和成功率。
79.以上该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
能因此而理解为对本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。