目前熔融沉積工藝(FDM)3D打印機大多數(shù)只能打印顏色單一的模型,為了改善這一現(xiàn)狀,在深入研究現(xiàn)有3D打印機的基礎(chǔ)上,設(shè)計出一套可以實現(xiàn)彩色成型的3D打印控制方案。該方案以Hbot機構(gòu)為主要機械結(jié)構(gòu),使用混色擠出頭作為成型擠出頭,同時應(yīng)用Bresenham直線算法,三次多項式型加減速控制算法對系統(tǒng)進行運動控制。為了驗證該方案的有效性與穩(wěn)定性,以過渡色打印和多色打印進行打印測試。結(jié)果表明,所提出的控制方案可以在精確地完成模型打印的前提下,同時保證很高的穩(wěn)定性。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 2020年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

Hbot機構(gòu)傳動原理示意圖

腦碩?圖煩鐾返腦碩?叵悼梢雜靡韻?公式表示：Δy=12（Δs1-Δs2）Δx=12Δs1+Δs2（1）式中：Δs1—M1位移；Δs2—M2位移；Δx—擠出頭方向位移；Δy—擠出頭方向位移。由（1）可得：Δs1=Δx+ΔyΔs2=Δx-ΔΔy（2）已知、方向的位移可以由（2）計算出M1、M2的位移，以便于控制系統(tǒng)在已知、位移的情況下，對M1、M2的控制。3打印原理與擠出比控制所提出方案使用三進一出混色擠出頭，擠出頭結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。打印原理為控制三種耗材的擠出比，使三種耗材混合出不同的顏色，從而得到彩色的打印效果。三進一出擠出頭對應(yīng)三個擠出電機，令E0、E1、E2分別代表三個擠出電機，墜0、墜1、墜2分別代表三個擠出電機的擠出比，通過在Gcode中添加M11指令來控制三個擠出電機的擠出比，具體格式為M11f墜0s墜1，例如M11f0.5s0.2即表示墜0=0.5，墜1=0.2，墜2=1-0.5-0.2=0.3。耗材1耗材3耗材2混合室圖2混色擠出頭Fig．2Color-MixingExtruder4系統(tǒng)運動控制4．1運動過程轉(zhuǎn)化此方案中電機均采用步進電機，通過Gcode設(shè)置三個E軸擠出比分別為墜0、墜1、墜2，且墜0+墜1+墜2=1，此處三擠出比相加為1，是為了確保三個擠出電機的總擠出量和使用單擠出電機時擠出量相等。若擠出頭為單進單出擠出頭時，E軸步進數(shù)為Steps_E，則：Steps_E0=Steps_E*墜0Steps_E1=Steps_E*墜1Steps_E2=Steps_E*墜2（3）式中：Steps_E0、Steps_E1、Steps_E2-E0、E1、E2-所需步進步數(shù)。令x、y、z?

?）得：Steps_M1=Steps_X+Steps_YSteps_M2=Steps_X+Steps_ΔY（4）對Steps_M1、Steps_M2、Steps_Z、Steps_E0、Steps_E1、Steps_E26個步進數(shù)共同進行Bresenham算法插補即可在保證位置和擠出量正確的前提下構(gòu)建出彩色模型。4．2Bresenham直線算法在圖形算法界，直線生成已經(jīng)出現(xiàn)了許多有效算法。其中Bresenham直線算法[6]是最經(jīng)典的算法之一，其優(yōu)點在于不需要進行小數(shù)和取整運算，只需要整數(shù)加法和乘法運算即可。yoPs（x0，y0）xPe（x1，y1）圖3Bresenham直線算法示意圖Fig．3SchematicDiagramofBresenhamLinearAlgorithm以第一象限，直線斜率0<k<1為例，如圖3所示。若插補起點為ps（x0，y0），終點為pe（x1，y1），令Δx=x1-x0，Δy=y1-y0，易得Δx>Δy，插補過程如下：（1）i=0，Ci=2Δy-Δx。（2）xi+1=xi+1。（3）若Ci叟0，yi+1=yi+1，Ci+1=Ci+2（Δy+Δx）；若Ci<0，yi+1=yi，Ci+1=Ci+2Δy。（4）i=i+1，若i=Δx插補結(jié)束；否則轉(zhuǎn)至步驟（2）。式中：Ci—判斷如何插補的變量。對于Δx燮Δy的情況，交換公式中x、y的位置即可，可以看出對于坐標變化大的方向每次都前進一個單位。以XY平面為例，對應(yīng)電機為M1、M2。令步進電機脈沖當量為step0，其相當于圖3中的柵格邊長，這樣就可以把打印機工作區(qū)域以step0為最小單元進行柵格化，坐標的變化對應(yīng)電機脈沖的變化，這樣Bresenham算法就可以和步進電機的控制對應(yīng)起來。若打印軌跡為從Ps到Pe，由以上分析可知，需步進步數(shù)最大的電機每次插補都會步進一個step0，定義步進步數(shù)最?

【參考文獻】：
期刊論文
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