一种3D打印-静电纺丝包装机及其控制系统

摘要

本发明公开了一种3D打印‑静电纺丝包装机，包括3D打印机、静电纺丝机和机架，所述3D打印机位于机架上，静电纺丝机位于机架侧边；本发明还公开了一种3D打印‑静电纺丝包装机的控制系统，包括主控制系统模块、温度检控模块、电机驱动模块、USB接口模块和SD卡模块。本发明将3D打印机与静电纺丝机相结合，取长补短，用在产品的包装领域上，把静电纺丝机用来弥补3D打印在尺寸上的缺陷，同样也使静电纺丝从单纯的膜、线、带这种二维结构扩大到三维结构；本发明对3D打印机与静电纺丝机进行了详细的控制系统设计，让两个系统有机的结合在了一起，既可以独立工作又可以合作，并且没有不必要的工作步骤，结构简单。

权利要求

1.一种3D打印-静电纺丝包装机，其特征在于：包括3D打印机(1)、静电纺丝机(2)和机架(3)，所述3D打印机(1)位于机架(3)上，静电纺丝机(2)位于机架(3)侧边；

所述3D打印机(1)包括挤出电机(11)、Z轴电机(12)和X轴电机(13)，所述Z轴电机(12)和X轴电机(13)分别位于机架(3)两侧的竖杆(31)上并与竖杆(31)活动连接，所述挤出电机(11)下端设置有喷头(111)，所述Z轴电机(12)的输出端连接Z轴螺杆(121)，所述X轴电机(13)的输出端连接X轴螺杆(131)，所述X轴螺杆(131)穿过挤出电机(11)的螺纹孔与挤出电机(11)的螺纹孔配合；

所述静电纺丝机(2)包括供液系统、纤维收集系统和电压加载系统，所述供液系统位于机架(3)一侧，所述纤维收集系统位于机架(3)另一侧；

所述机架(3)为正方形框架，机架(3)底面设置有工作台(32)，所述机架(3)底面设有Y轴电机(14)和工作台旋转电机，所述Y轴电机和工作台旋转电机均连接工作台(32)。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印-静电纺丝包装机，其特征在于：所述Z轴电机(12)的输出端通过皮带(122)连接X轴电机(13)所在箱体内的Z轴螺杆(121)。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印-静电纺丝包装机，其特征在于：所述供液系统包括注射泵、针头(21)和针头固定装置(22)，所述注射泵的输出端连接针头(21)，所述针头(21)设置在针头固定装置(22)内；所述纤维收集系统包括固定接收板(23)和滑动卡槽，所述固定接收板(23)正对针头(21)；所述电压加载系统由高压电源组成，所述高压电源正极连接针头固定装置(22)，负极连接固定接收板(23)。

4.根据权利要求3所述的一种3D打印-静电纺丝包装机，其特征在于：所述注射泵为保定兰格LSP02-1B注射泵，高压电源为DW-P303-1ACFO高压电源。

5.一种控制权利要求1-4任意一项所述3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：包括主控制系统模块、温度检控模块、电机驱动模块、USB接口模块和SD卡模块；

所述温度检控模块用于检测并控制喷头(111)与工作台(32)的温度，并与主控制系统模块互相通信；所述电机驱动模块用于控制电机的运行，并与主控制系统模块互相通信；所述USB接口模块用于主控制系统模块与上位机之间的信号传递；所述SD卡模块用于储存3D打印数据，并与主控制系统模块互相通信。

6.根据权利要求5所述的一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：所述主控制系统模块采用8位AVR微控制器。

7.根据权利要求5所述的一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：所述温度检控模块包括测温模块和加热模块。

8.根据权利要求5所述的一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：所述电机驱动模块芯片采用L298N，芯片采用15脚封装，片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器；电机采用两相四线步进电机的八拍工作方式进行工作。

9.根据权利要求6所述的一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：所述USB接口模块设置在8位AVR微控制器内。

10.根据权利要求5所述的一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：所述SD卡模块采用SPI的方式连接主控制系统模块。

说明书

一种3D打印-静电纺丝包装机及其控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种包装机，具体涉及一种3D打印-静电纺丝包装机及其控制系统。

背景技术

[0002] 一般市场上传统的包装容器的成型需要首先制造模具再制件成型，需要消耗大量时间与人力且不便于修改。而3D打印技术则是运用三维软件来进行包装实物模拟，不仅方便修改设计方案，同时提高了技术的精准性，节省了原材料和成本。并且，只需要前期的人为设计制图，在整个3D打印过程中，基本无需人工的参与，大大节约了人力资源。像所有的技术一样，它有自己的缺陷与不足。电纺丝作为一种简单直接制备超细聚合物纤维的方法，在研究和应用领域上充满了活力。电纺丝技术制备的产品，在微观上是纳米或微米级的超细纤维，在宏观上通常是膜的形式，因此可以直接作为包装使用。

[0003] 研究者开始把眼光投到更深层次的应用和技术上。想办法将3D打印技术与其他的技术相结合，取长补短，于是静电纺丝技术开始慢慢进入人们的想象。把静电纺丝机用来弥补3D打印在尺寸上的缺陷，同样也使静电纺丝从单纯的膜、线、带这种二维结构扩大到三维结构，3D打印与静电纺丝相结合的各种技术开始得到应用。例如在医学方面：研究者发现用天然高分子纳米纤维组成的人造血管移植到人体中以促进受损血管的恢复。但是，静电纺丝纳米纤维的生物相容性材料如壳聚糖都缺乏良好的机械性能。而将3D打印与静电纺丝相结合所得的人造血管表现出优良的机械性能，该方法可以用于血管重建。

[0004] 这两个技术相结合的例子越来越多，并且有着广泛的可开发与创新的前景，但是在产品包装领域却少之又少，现有的技术结构非常复杂；在包装领域中，两个技术的控制系统非常重要，它不仅决定着制作出的包装成品的质量，操作时的步骤是否简单快速有效，机械部件是否能按照人们想法去操作，而且人们还关心着操作机器时的安全。所以设计出了一套完整简单可行的3D打印机-静电纺丝控制系统，并且对控制系统进行了测试以保证系统能正常运行非常重要。

发明内容

[0005] 为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种结构简单，操作方便的3D打印-静电纺丝包装机以及一套完整简单可行的3D打印机-静电纺丝控制系统。

[0006] 为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：一种3D打印-静电纺丝包装机，包括3D打印机、静电纺丝机和机架，所述3D打印机位于机架上，静电纺丝机位于机架侧边。

[0007] 所述3D打印机包括挤出电机、Z轴电机和X轴电机；挤出电机用于挤出物料，进行3D打印，Z轴电机用于控制挤出电机竖直位移，X轴电机用于控制挤出电机左右位移。所述Z轴电机和X轴电机分别位于机架两侧的竖杆上并与竖杆活动连接，所述挤出电机下端设置有喷头，所述Z轴电机的输出端连接Z轴螺杆，所述X轴电机的输出端连接X轴螺杆，所述X轴螺杆穿过挤出电机的螺纹孔与挤出电机的螺纹孔配合。

[0008] 所述静电纺丝机包括供液系统、纤维收集系统和电压加载系统，所述供液系统位于机架一侧，所述纤维收集系统位于机架另一侧。

[0009] 所述机架为正方形框架，机架底面设置有工作台，所述机架底面设有Y轴电机和工作台旋转电机，所述Y轴电机和工作台旋转电机均连接工作台。

[0010] 进一步的是，所述Z轴电机的输出端通过皮带连接X轴电机所在箱体内的Z轴螺杆；Z轴电机同时带动两竖杆上的Z轴螺杆，使中间的挤出电机平稳地竖直移动。

[0011] 进一步的是，所述供液系统包括注射泵、针头和针头固定装置，所述注射泵的输出端连接针头，所述针头设置在针头固定装置内；所述纤维收集系统包括固定接收板和滑动卡槽，所述固定接收板正对针头；所述电压加载系统由高压电源组成，所述高压电源正极连接针头固定装置，负极连接固定接收板，通电后形成高压电场。静电纺丝机的具体工作流程与原理如下：

[0012] (1)配置需要使用的溶液，将溶液装入注射泵中，将注射泵与针头固定装置相连。

[0013] (2)正机电源夹连接针头固定装置，负极电源夹连接固定接收板。

[0014] (3)注射泵通过注射泵给予推动力，溶液由针头送出，通过注射泵调节射流速度。

[0015] (4)打开高压电源，缓慢调节电源值，溶液经过高压电场，在电场力的作用下成丝与接收板面上，最后成膜。

[0016] 通过分析静电纺丝机的工作流程，可以确定出静电纺丝主要的两个控制系统的具体组成为：注射泵、高压电源。注射泵主要控制溶液挤出的流速与流量，需要注射泵控制精确度高；高压电源要求更高，不仅要求可控性强还需要较高的安全性。与3D打印机的控制系统相比，静电纺丝机的控制系统内容较为少并且简单，不需要复杂的设计并只需要选择合适的工作仪器便可。

[0017] 进一步的是，所述注射泵为保定兰格LSP02-1B注射泵。注射泵直接关系了静电纺丝时挤出溶液的流速与流量，这是影响静电纺丝结果的重要因素，为了保证能精确控制溶液的流速与流量，所以本文选择保定兰格LSP02-1B注射泵。LSP02-1B是一种灌注抽取型双通道注射泵，为了能够适应各种场景中不同的对应用的需求，他拥有许多种不同工作的模式。因为它拥有非常高的控制精度和较宽的线速度范围，所以是理想的高精度、小流量、低脉动液体传输设备，所以它经常被应用在化学反应注射实验、静电纺丝，以及其它实验室微量注射实验等中。其主要数据如下：最大行程：140mm；行程分辨率：0.156μm；线速度范围：5μm/min-130mm/min(流量＝线速度×注射器内截面积)；线速度调节分辨率：5μm/min；行程控制精度：误差≤±0.5％(行程≥最大行程的30％时)；额定线性推力：＞180N。

[0018] 所述高压电源为DW-P303-1ACFO高压电源。影响静电纺丝的因素有许多，其中就是应用的电流电压。聚合物溶液要在外电场的作用下极化，产生表面电荷，并在各种力的作用下，产生对称和非对称不稳定性鞭动，在鞭动中拉伸细化，并在整个过程中挥发而固化，形成纳米纤维。为了保证稳定的电压和可自由调控的电流电压，本文选用了DW-P303-1ACFO高压电源，这种电源也常用于作为静电纺丝电源，是设备供电的专用高压电源，其内部为模块化电路设计，操作灵活方便并使用安全，电源的维护简单能够长期稳定工作，可靠性高且抗干扰性能强，输出电压及电流的数字监测显示精度高，转换效率高，输出电压连续可调等特点。同时还具有过压、短路保护和开机软启等功能。DW-P303-1ACFO高压电源输出范围通常在20KV～100KV之间，输出功率在10W～500W。

[0019] 一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，其特征在于：包括主控制系统模块、温度检控模块、电机驱动模块、USB接口模块和SD卡模块。

[0020] 所述温度检控模块用于检测并控制喷头与工作台的温度在正常工作温度范围内，并与主控制系统模块互相通信；所述电机驱动模块用于控制电机的运行，包括X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和工作台旋转电机，控制喷头按切片好的代码移动打印，电机驱动模块并与主控制系统模块互相通信；所述USB接口模块用于主控制系统模块与上位机之间的信号传递，将数据传入到主控制系统模块；所述SD卡模块用于储存3D打印数据，并与主控制系统模块互相通信，不使用上位机而是通过读取SD卡中的文件也可以进行打印。

[0021] 进一步的是，所述主控制系统模块采用8位AVR微控制器。主控制系统软件要可以进行通信、数字信号控制和数据读取与处理等功能，基于以上的要求控制系统采用8位AVR微控制器。

[0022] 进一步的是，所述温度检控模块包括测温模块和加热模块。喷头内部的打印材料是从固态转变为液态的一个热传递过程，喷头腔内的温度控制不仅影响打印精度，也影响打印过程的持续性，更直接影响3D打印产品的质量，控制加热床的温度可以有效地减少打印材料断丝等现象，所以温度控制对3D打印十分重要。

[0023] 进一步的是，所述电机驱动模块芯片采用L298N，芯片采用15脚封装，片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器。电机采用两相四线步进电机的八拍工作方式进行工作。电机驱动直接控制着3D打印机X轴、Y轴、Z轴的移动，所以3D打印过程中需要精确的步数，所以对电机的精确性的要求比较高。电机驱动芯片采用L298N，该芯片采用15脚封装，片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器。

[0024] 进一步的是，所述USB接口模块设置在8位AVR微控制器内。8位AVR微控制器有自带的USB通信接口，可以通过USB接口与上位机直接通信，不需要外加USB接口。8位AVR微控制器数据传输速度最高达12Mb/s，具有信息及时准确，抗干扰能力强，电路板的面积少的特点。

[0025] 进一步的是，所述SD卡模块采用SPI的方式连接主控制系统模块。SD卡具有重量小、体积轻、大储存空间、传送数据快、移动灵活的特性，所以十分适合3D模型切片完成的Gcode文件的传输与储存。而且其接口也十分简单，一般可以选择标准的SD方式或者SPI方式，SPI方式接口设计只要四根线就可以传输数据。

[0026] 本发明的有益效果：

[0027] 本发明将3D打印机与静电纺丝机相结合，取长补短，用在产品的包装领域上，把静电纺丝机用来弥补3D打印在尺寸上的缺陷，同样也使静电纺丝从单纯的膜、线、带这种二维结构扩大到三维结构；

[0028] 本发明将3D打印机与静电纺丝机简单而有效的组合在一起，建立一个流畅简单的包装工作流程，结构简单，两个系统既可以独立工作互不干扰，如有需要时又可以一起工作；

[0029] 本发明对3D打印机与静电纺丝机进行了详细的控制系统设计，让两个系统有机的结合在了一起，既可以独立工作又可以合作，并且没有不必要的工作步骤，结构简单。

附图说明

[0030] 图1为本发明的结构示意图；

[0031] 图2为本发明的另一侧结构示意图；

[0032] 图3为本发明的去除正方形框架的示意图；

[0033] 图4为本发明的3D打印机的控制系统图；

[0034] 图5为本发明的温度检控模电路图；

[0035] 图6为本发明的L298N芯片电路图；

[0036] 图7为本发明的USB接口模块电路图；

[0037] 图8为本发明的SD卡模块电路图；

[0038] 图中：1、3D打印机；11、挤出电机；111、喷头；12、Z轴电机；121、Z轴螺杆；122、皮带；13、X轴电机；131、X轴螺杆；2、静电纺丝机；21、针头；22、针头固定装置；23、固定接收板；3、机架；31、竖杆；32、工作台。

具体实施方式

[0039] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

[0040] 实施例1

[0041] 如图1-3所示，一种3D打印-静电纺丝包装机，包括3D打印机1、静电纺丝机2和机架3，所述3D打印机1位于机架3上，静电纺丝机2位于机架3侧边。

[0042] 所述3D打印机1包括挤出电机11、Z轴电机12和X轴电机13，所述Z轴电机12和X轴电机13分别位于机架3两侧的竖杆31上并与竖杆31活动连接，所述挤出电机11下端设置有喷头111，所述Z轴电机12的输出端连接Z轴螺杆121，所述X轴电机13的输出端连接X轴螺杆131，所述X轴螺杆131穿过挤出电机11的螺纹孔与挤出电机11的螺纹孔配合。

[0043] 所述静电纺丝机2包括供液系统、纤维收集系统和电压加载系统，所述供液系统位于机架3一侧，所述纤维收集系统位于机架3另一侧。

[0044] 所述机架3为正方形框架，机架3底面设置有工作台32，所述机架3底面设有Y轴电机14和工作台旋转电机，所述Y轴电机和工作台旋转电机均连接工作台32。

[0045] 作为本实施例的优化方案，所述Z轴电机12的输出端通过皮带122连接X轴电机13所在箱体内的Z轴螺杆121。

[0046] 作为本实施例的优化方案，所述供液系统包括注射泵、针头21和针头固定装置22，所述注射泵的输出端连接针头21，所述针头21设置在针头固定装置22内；所述纤维收集系统包括固定接收板23和滑动卡槽，所述固定接收板23正对针头21；所述电压加载系统由高压电源组成，所述高压电源正极连接针头固定装置22，负极连接固定接收板23。

[0047] 作为本实施例的优化方案，所述注射泵为保定兰格LSP02-1B注射泵，高压电源为DW-P303-1ACFO高压电源。

[0048] 一种3D打印-静电纺丝包装机的控制系统，如图4所示，包括主控制系统模块、温度检控模块、电机驱动模块、USB接口模块和SD卡模块。

[0049] 所述温度检控模块用于检测并控制喷头111与工作台32的温度，并与主控制系统模块互相通信；所述电机驱动模块用于控制电机的运行，并与主控制系统模块互相通信；所述USB接口模块用于主控制系统模块与上位机之间的信号传递；所述SD卡模块用于储存3D打印数据，并与主控制系统模块互相通信。

[0050] 工作时，主控制系统模块能通过USB接口模块能与上位机进行交互，将数据传入到主控制系统模块。主控制系统模块控制温度检控模块和电机驱动模块按照具体设定好的数据进行工作，电机驱动控制三轴运动系统将挤出头按切片好的代码移动打印，温度检控模块确定工作台和挤出头的温度保持在能够正常工作的温度上。并且设置SD卡模块，这样不使用上位机而是通过读取SD卡中的文件也可以进行打印。所有模块所需的电源由温定电源提供。

[0051] 作为本实施例的优化方案，所述主控制系统模块采用8位AVR微控制器。主控制系统软件要可以进行通信、数字信号控制和数据读取与处理等功能，基于以上的要求控制系统采用8位AVR微控制器。系统初始化和应用函数的声明需要主控制系统负责，基本流程如下：首先SP1接口会自动读取SD卡模块中的配置文件；然后判断USB接口模块是否连接上上位机，上位机是否有进行数据传输；如果上位机并没有发送数据，将会读取SD卡模块中的打印数据，或者将打印数据中的数据保存到SD卡模块接收缓存区，然后处理接收的数据，如果超过30秒没有数据处理，自动关闭程序控制功能并停止步进电机；如果上位机有发送的数据，便读取数据并保存在串口接收的缓存区。控制系统还可以通过片内USB接口模块与上位机PC端连接，达到可靠快速通信的目的，直接接受PC端发送的指令进行打印工作。

[0052] 作为本实施例的优化方案，所述温度检控模块包括测温模块和加热模块。喷头内部的打印材料是从固态转变为液态的一个热传递过程，喷头腔内的温度控制不仅影响打印精度，也影响打印过程的持续性，更直接影响3D打印产品的质量，控制加热床的温度可以有效地减少打印材料断丝等现象，所以温度控制对3D打印十分重要。温控模块包括测温和加热两部分。如图5所示，工作流程为首先通过ADC外设获得热敏电阻的分压，从而确定其电阻，进一步根据热敏分度表获得当前温度；得到当前温度后通过PID算法检测温度绘制出实际温度曲线，同时检测加热床和挤出头的温度变化，如果挤出头温度低于挤出温度，为了保护挤出头不会被堵塞，即使有挤出命令，也会立刻停止挤出工作。如果温度过高则会立刻反馈给主控板，从而使挤出无效，实现了快速稳定并且安全的温度控制。

[0053] 作为本实施例的优化方案，所述电机驱动模块芯片采用L298N，芯片采用15脚封装，片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器；电机采用两相四线步进电机的八拍工作方式进行工作。电机驱动直接控制着3D打印机X轴、Y轴、Z轴的移动，所以3D打印过程中需要精确的步数，所以对电机的精确性的要求比较高。如图6所示，电机驱动芯片采用L298N，该芯片采用15脚封装，片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器。该芯片可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路，并用PWM方法调速，不仅反应灵敏而且调速精确，可以用来驱动步进电机、直流电机和继电器线圈等。

[0054] 作为本实施例的优化方案，所述USB接口模块设置在8位AVR微控制器内。8位AVR微控制器有自带的USB通信接口，可以通过USB接口与上位机直接通信，不需要外加USB接口。8位AVR微控制器数据传输速度最高达12Mb/s，具有信息及时准确，抗干扰能力强，电路板的面积少的特点。如图7所示，USB_Connect端口在软件控制下，该端口用于切换R7、R8、15KΩ外部电阻；USB_VCC端口用于监控USB总线电源的存在；USB_D_N端口和USB_D_P端口用于数据传输；USB_Up_Led端口连接发光二极管用于显示通信状态。

[0055] 作为本实施例的优化方案，所述SD卡模块采用SPI的方式连接主控制系统模块。SD卡具有重量小、体积轻、大储存空间、传送数据快、移动灵活的特性，所以十分适合3D模型切片完成的Gcode文件的传输与储存。而且其接口也十分简单，一般可以选择标准的SD方式或者SPI方式，SPI方式接口设计只要四根线就可以传输数据。所以本文选用SPI的方式连接主系统控制模块，如图8所示。

[0056] 为了更好的理解本发明，下面对本发明的工作原理作一次完整的描述：

[0057] 在本实施例中，静电纺丝机做产品的透气纤维内包装，3D打印做外包装。

[0058] 1、包装前准备

[0059] 1.1、静电纺丝机包装前准备

[0060] (1)配置需要使用的溶液，将溶液装入注射泵中，将注射泵与针头固定装置相连。

[0061] (2)正机电源夹连接针头固定装置，负极电源夹连接固定接收板。

[0062] (3)设置好保定兰格LSP02-1B注射泵与DW-P303-1ACFO高压电源的工作参数。

[0063] 1.2、3D打印机包装前准备

[0064] (1)首先利用SoildWorks、3DMax、AutoCAD等3D建模软件进行三维建模，将要打印的模型存储为STL或其他可识别的文件。

[0065] (2)将3D模型的文件载入到切片软件里进行切片，生成Gcode文件。

[0066] (3)通过USB接口模块连接上位机与3D打印机，使Gcode文件能进行数据传输，将其下载到3D打印机的主控制系统模块。

[0067] 2、包装

[0068] 2.1静电纺丝机内包装。

[0069] (1)注射泵通过注射泵给予推动力，溶液由针头送出，通过注射泵调节射流速度。

[0070] (2)高压电源调节电源值，溶液经过高压电场，在电场力的作用下成丝与产品上，最后成膜。

[0071] (3)工作台旋转电机旋转，使产品的4个面形成内膜，再由机械手翻转产品，使产品的6个面都覆盖透气纤维的内包装膜。

[0072] 2.2 3D打印机外包装。

[0073] (1)主控制系统模块根据接受到文件指令开始工作，通过温度检控模块来提升喷头的温度，使喷头温度达到物料可融化的温度，同时加热工作台的温度达到指令预设的温度。这样3D打印时融化的物料不会一接触到工作台就凝固，防止模型底部变形。

[0074] (2)主控制系统模块又通过控制电机驱动模块来进行机械组件的移动，挤出头开始挤出融化的物料，而X、Y、Z在电机驱动模块的控制下，对挤出头和工作台进行移动。

[0075] (3)融化的物料由喷头挤出在工作台上并固化形成实际模型部件，喷头按照模型的每一个截面信息精准移动，每当一层完成成型，电机便上升喷丝另外一层，直到打印出设计好的外包装模。

[0076] 实施例2

[0077] 根据实施例1中的3D打印-静电纺丝包装机的控制系统设计的内容，搭建了一个样机来测试控制系统是否能够正常使用。将搭载了设计好的控制系统的3D打印-静电纺丝包装机连接上位机，使用Pronterface软件通过代码执行的方式进行测试实验，来检验控制系统是否有效可用。

[0078] Pronterface软件具有多种多样的功能如：温度设置、电机设置、命令输入、实时信息显示等。Pronterface软件十分合适用来测试3D打印-静电纺丝包装机的机能是否正常，通过软件对打印机进行设置，检测电机驱动性能和温控性能。

[0079] 1、打印机电机驱动性能测试

[0080] 本次测试的目的是通过运动测试，检验机械系统能否正常，是否能精确地控制电机的移动，达到设计的要求。为了对3D打印机电机驱动性能进行测试，需要在Pronterface软件中对X、Y、Z的速度与移动距离进行设置，然后记录下脉冲频率从而根据公式(1)计算出实际速度。电机转速与电机驱动频率的关系为ν＝60f/[(360/T)*M]……………(1)[0081] 式中：

[0082] ν代表电机转速(rpm)；

[0083] f代表电机驱动频率(Hz)；

[0084] T代表步距角；

[0085] M代表细分数。

[0086] 本台测试机的步距角为1.8°，16细分。测试之前要先将X、Y、Z轴位置归零，然后在Pronterface软件设置X轴移动速度为60mm/s，Y轴移动速度为30mm/s，Z轴移动速度为20mm/s。然后在命令输入窗口，输入指令让X轴电机延X轴的方向移动180mm，Y轴电机延Y轴的方向移动180mm，Z轴电机延Z轴的方向移动180mm。记录下脉冲频率和实际速度，具体数据如表所示。

[0087] 表1实际速度与理论速度

[0088]

[0089] 根据图表计算出的结果得知，设计的控制系统对电机的速度有精确的控制，满足设计的指标与要求。

[0090] 2、打印机温度检控性能测试

[0091] 本次测试主要目的测试观察温度检控系统能否正常运行，整个加热过程是否会按照设计的PID方法正常加热。测试选用了PLA材料作为加热的物料，因为PLA对温度控制要求高，PLA材料理想的融化温度为200°，如果温度过低，PLA就不能正常流出，扰乱工作；如果温度过高，PLA便会气泡或者碳化，从而堵塞挤出头。

[0092] 通过Pronterface软件将挤出头温度设定在200°，并且每隔10秒观察软件上所呈现的实际温度，将其记录下来，结果如图2所示。

[0093] 表2挤出头温度采样

[0094]

[0095]

[0096] 测试结果是：最大超调温度为204℃。最大超调量为2％，温度调节稳定需要的时间为145s左右。达到了本次设计的要求，温度控制不仅快速、稳定、而且精度高。

[0097] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。