[發明專利]基于數字孿生三維模型3D打印機建模方法及模型系統

有效

• 申請號: 202010062133.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111046597B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 王亞洲
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B29C64/386;B29C64/393;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

1.一種基于數字孿生三維模型的3D打印機建模方法，其特征在于，該建模方法按以下步驟進行：

1)建立包括3D打印機機體、傳感器和控制系統的物理實體模型；傳感器安裝在3D打印機機體上，傳感器將打印頭的速度、位置及溫度信號傳輸給控制系統；控制系統采集3D打印機機體的操作面板及打印頭的速度、位置及溫度數據，并將采集到的數據用信號的方式傳輸給3D打印機數字孿生虛擬模型，同時控制3D打印機打印頭；

2)建立基于虛擬現實及增強現實技術對物理模型的幾何、物理、環境、行為要素進行虛擬化的高度真實映射的3D打印機的3D打印機數字孿生虛擬模型；3D打印機數字孿生虛擬模型包括數字孿生描述模型和數字孿生智能化模型，數字孿生描述模型是基于多領域統一建模語言Modelica、利用面向對象的方式構建；

3)基于可擴展標記語言創建傳感器獲得的感知數據的表達模板，然后建立感知數據與傳感器的關聯關系，再基于感知數據與智能決策數據的對應關系，創建感知數據與智能決策數據的孿生數據信息鏈；該孿生數據信息鏈用于連接物理實體模型和3D打印機數字孿生虛擬模型；

4)根據步驟3)中的智能決策結果，動態調整3D打印機打印頭位置及速度參數，提高3D打印機的智能化；

所述步驟2)中的3D打印機數字孿生虛擬模型由三維可視化引擎在孿生數據信息鏈數據庫的驅動下，在線實時和離線非實時渲染生成與物理3D打印機一致的虛擬3D打印機，完成對3D打印機工作過程的仿真、優化、評估及實時智能監控與調控。

2.如權利要求1所述的基于數字孿生三維模型的3D打印機建模方法，其特征在于，所述的數字孿生智能化模型由運行狀態數據庫、知識庫和推理機組成，通過數據分析與決策，實現3D打印機數字孿生的智能化服務。

3.如權利要求1所述的基于數字孿生三維模型的3D打印機建模方法，其特征在于，所述步驟3)中的孿生數據信息鏈是物理實體模型和3D打印機數字孿生虛擬模型相關的數據及物理實體模型的相關數據和3D打印機數字孿生虛擬模型的相關數據融合產生的衍生數據集合。

4.一種權利要求1所述建模方法建立的3D打印機模型系統，其特征在于，該3D打印機模型系統由物理實體模型、孿生數據信息鏈和3D打印機數字孿生虛擬模型構成；孿生數據信息鏈連接物理實體模型和3D打印機數字孿生虛擬模型；物理實體模型包括3D打印機機體、傳感器和控制系統，3D打印機數字孿生虛擬模型由數字孿生描述模型和數字孿生智能模型組成。

5.如權利要求4所述的建立的3D打印機模型系統，其特征在于，所述的傳感器安裝在3D打印機機體上，傳感器通過多種數據接口與控制系統連接。

6.如權利要求4或5所述的建立的3D打印機模型系統，其特征在于，傳感器包括位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和風速傳感器；控制系統包括控制器、HMI、I/O和觸摸屏。

7.如權利要求4所述的建立的3D打印機模型系統，其特征在于，所述的數字孿生描述模型包括機理描述模型和數據驅動描述模型；機理描述模型根據控制學、流體力學、電學、機械學及材料學建立；數據驅動描述模型由三維可視化引擎在孿生數據信息鏈的驅動下，在線實時渲染生成與物理3D打印機一致的虛擬3D打印機。