[發明專利]一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備及制造方法

在審

• 申請號: 202010774733.6
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111923406A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 劉滿金;楊進波;余虎
• 申請（專利權）人: 砼易測（西安）智能科技有限公司
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/336;B29C64/393;B28B1/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

1.一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備，其特征在于：包括高剛度圓柱體棱柱骨架(1)，所述高剛度圓柱體棱柱骨架(1)底端中心處固定設有驅動電機(2)，所述高剛度圓柱體棱柱骨架(1)內腔設有中心軸桿(3)，所述驅動電機(2)輸出軸貫穿高剛度圓柱體棱柱骨架(1)與中心軸桿(3)固定連接，所述中心軸桿(3)遠離驅動電機(2)一端外壁固定設有多根打印極軸(4)，每根所述打印極軸(4)上均固定設有供料箱(5)，所述打印極軸(4)一端底部設有打印噴頭(6)，所述打印噴頭(6)與打印極軸(4)之間固定設有電動伸縮桿(7)，所述供料箱(5)底部固定設有抽料泵(8)，所述抽料泵(8)進料端與供料箱(5)內腔相連，所述抽料泵(8)輸出端與打印噴頭(6)之間設有送料軟管(9)，所述高剛度圓柱體棱柱骨架(1)外壁固定安裝有控制器(10)，所述驅動電機(2)、電動伸縮桿(7)和抽料泵(8)均與控制器(10)電性連接；

所述打印極軸(4)包括軸桿(41)和滾動珠(42)，所述滾動珠(42)滾動設置于軸桿(41)一端，所述軸桿(41)遠離滾動珠(42)一端與中心軸桿(3)固定連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備，其特征在于：所述高剛度圓柱體棱柱骨架(1)可根據打印目標尺寸在成型前進行大小調整。

3.根據權利要求1所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備，其特征在于：所述打印極軸(4)的使用量數量可以根據打印材料品種數量來選擇。

4.根據權利要求1所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備，其特征在于：所述打印噴頭(6)使用量可以根據打印材料品種由控制器(10)進行設置。

5.根據權利要求1所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備，其特征在于：所述控制器(10)可對單個電動伸縮桿(7)和抽料泵(8)控制，也可同時協同控制多根打印極軸(4)的電動伸縮桿(7)和抽料泵(8)。

6.一種用于權利要求1-6所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備的制造方法，其特征在于：制造方法具體包括：

S1：獲取打印物體的平面內Frenet坐標模型；

S2：基于Frenet坐標系進行運動規劃，輸出單獨的橫縱向運動規劃軌跡，而最終輸出的打印噴頭(6)參考運動軌跡需要可直接被控制器(10)所應用，因而需要把Frenet坐標系下的得到的運動規劃結果首先對應輸出在全局坐標系內，再對應輸出在極坐標體系內；

S3：確定所述打印物體的打印參數，并通過下列公式進行打?。?/p>

S3.1：根據打印噴頭(6)運動規劃，確定任意時刻t的路線為S(t)；

S3.2：打印噴頭(6)在Frenet坐標系內的坐標-P(S(t),d(t))，d(t)；

S3.3：根據多次多項式轉化為全局坐標系-P(x,y)；

S3.4：轉化為角坐標系，P(r,θ)，x＝r·cosθ,y＝r·sinθ；

S3.5：控制系統以極軸和角度為控制參數，進行同平面多極軸打印。

7.根據權利要求6所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備的制造方法，其特征在于：所述步驟S3.2中P(S(t),d(t))，d(t)為任意時刻t打印噴頭(6)距離規劃路線S(t)的距離。

8.根據權利要求6所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備的制造方法，其特征在于：所述步驟S3.3中x，y為打印噴頭(6)在全局坐標系內的橫坐標和縱坐標。

9.根據權利要求6所述的一種基于Frenet坐標系的同平面多極軸3D打印設備的制造方法，其特征在于：所述步驟S3.4中,r為極軸，θ為角度。