3D打印的CNC系统与打印文件的生成方法、打印方法

摘要

计算机数字控制、三维实体生成、打印材料是3D打印的三大基础技术。本申请提出一种用于3D打印的CNC系统及打印文件的生成方法、三维实体打印方法。本申请对打印曲线进行高精度规划，用打印文件取代了通常的G代码打印程序，取消了G代码编程，编写打印程序犹如编写短信，“开数控就像玩手机，编程就像发信息”，实现了“每个人都会使用3D打印机”、“每个人都会编程”的大众化目标。本申请显著降低了3D打印中CNC系统的技术准入门槛及其成本，以促进3D打印技术的大众化。

主权项

一种基于3D打印的CNC系统，用于控制3D打印机的坐标轴，所述坐标轴通过联动以打印三维实体的所有二维实体中的打印曲线，包括硬件平台、软件平台和应用软件系统，所述硬件平台为PC系统，所述软件平台为图形界面操作系统；其特征在于，所述应用软件系统包括CANC规划组件，NC信息库，打印文件规划组件，实时内核组件；(1)、CANC规划组件所述CANC规划组件包括离散坐标系生成模块、L分割规划模块、T分割规划模块；(1‑1)所述离散坐标系生成模块用于按照给定的离散标度，用距离为所述离散标度的等距线将坐标平面网格化，在屏幕上建立离散坐标系；(1‑2)根据打印方位，所述L分割规划模块用于在所述离散坐标系中规划打印直线L₁,…,L_m的L分割δL_i，其中，i＝1,…,n；所述打印直线L₁,…,L_m包括所述打印曲线中的所有直线的加速段/减速段、匀速段，所有圆弧的逼近折线；(1‑3)根据加工工艺，所述T分割规划模块用于校核坐标轴的运动平稳性，规划所述打印直线L₁,…,L_m的T分割δt_i，其中，i＝1,…,n；(2)、NC信息库所述NC信息库用于存储控制坐标轴联动的数字控制信息，所述数字控制信息包括所述打印直线L₁,…,L_m中的每条打印直线的联动表与随动表；所述联动表用于存储所述打印直线L₁,…,L_m的L分割δL_i所述L分割δL_i用于存储所述坐标轴的进给量，控制坐标轴联动以产生合成位移；所述随动表用于存储所述打印直线L₁,…,L_m的T分割δt_i；所述T分割δt_i用于存储所述进给量之间的时间间隔，控制所述合成位移的进给速度；所述NC信息库还包括所述打印直线L₁,…,L_m中的每条打印直线的状态字；所述状态字用于指定联动坐标轴及其进给方向；所述NC信息库还包括NC信息库索引表，所述NC信息库索引表用于存储所述打印直线L₁,…,L_m中的每条打印直线的联动表的首地址、随动表的首地址与末地址；(3)、打印文件规划组件所述打印文件规划组件包括NC信息库生成模块、打印指令生成模块、NC信息库索引表生成模块、NC信息库索引生成模块、打印文件生成模块；(3‑1)对于所述打印直线L₁,…,L_m的L分割与T分割，所述NC信息库生成模块用于按照给定的数据格式在存储空间构造所述打印直线L₁,…,L_m中的每条打印直线的联动表与随动表，生成所述NC信息库；(3‑2)根据加工工艺，所述打印指令生成模块用于将第i层二维实体的所有打印直线分为若干段，对应地生成若干条打印指令；(3‑3)对于每条打印指令中的每条打印直线，所述NC信息库索引表生成模块用于生成NC信息库索引表；所述NC信息库索引表对应地存储每条打印指令中的每条打印直线的联动表的首地址、随动表的首地址与末地址；(3‑4)对于每条打印指令中的每条打印直线，所述NC信息库索引生成模块用于生成NC信息库索引，所述NC信息库索引链接用于所述NC信息库索引表；(3‑5)根据打印工艺，所述打印文件生成模块用于在所述第i层二维实体的打印指令中，插入若干条开关指令、若干条状态指令，生成所述第i层二维实体的打印文件；所述开关指令用于控制Z轴的锁紧与松开；所述状态指令用于控制打印过程的启动、结束、暂停，坐标系设定、原点返回；根据打印工艺，在k层二维实体之间，插入若干条开关指令、若干条状态指令，生成三维实体的打印文件；(4)、实时内核组件所述实时内核组件包括打印文件生成模块、联动坐标轴设置模块、联动命令设置模块、节律控制模块、喷射控制模块、终点控制模块、Z轴控制模块；(4‑1)CNC系统接收打印作业的启动指令后，所述操作系统设置实时内核运行标志，启动实时内核；(4‑2)所述打印文件生成模块从第1层二维实体的打印文件中读取第1条打印指令，根据所述打印指令中的第1条打印直线的NC信息库索引，从所述NC信息库索引表中读取所述第1条打印直线的联动表的首地址、随动表的首地址与末地址，从所述NC信息库中读取所述第1条打印直线的状态字；(4‑3)所述联动坐标轴设置模块将所述联动表首地址写入L指针；将所述随动表首地址写入T指针；将所述状态字写入状态字寄存器，指定所述联动坐标轴及其进给方向；(4‑4)根据所述T指针，所述联动命令设置模块读取所述随动表中的控制节律δt_i并写入T分割定时器；(4‑5)所述T分割定时器中的定时时间到，所述节律控制模块通过联动接口向所述状态字指定的所述联动坐标轴发送所述L指针指定的进给量，驱动所述联动坐标轴按所述状态字指定的进给方向进给，产生合成位移；(4‑6)根据打印工艺，跟随所述控制节律δt_i，所述喷射控制模块控制打印头喷射打印材料；(4‑7)所述终点控制模块判断所述T指针是否等于所述随动表末地址，如果所述T指针等于所述随动表末地址，所述第1条打印直线打印完毕，所述打印文件处理模块从所述NC信息库索引表中读取下一条打印直线的联动表的首地址、随动表的首地址与末地址，从所述NC信息库中读取所述下一条打印直线的状态字；否则，执行步骤(4‑4)，T指针指向δt_i+1，继续打印所述第1条打印直线；(4‑8)重复步骤(4‑2)至步骤(4‑7)，直至所述第1条打印指令中的所有打印直线打印完毕；(4‑9)重复步骤(4‑2)至步骤(4‑8)，直至所述第1层二维实体的打印文件中的所有打印指令执行完毕；(4‑10)所述Z轴控制模块控制工作台下降δz₂，所述δz₂为第2层二维实体的厚度；(4‑11)重复步骤(4‑2)至步骤(4‑10)，直至第k层二维实体的打印文件中的所有打印指令执行完毕，所述终点控制模块关闭运行标志。