【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造领域，具体涉及一种用于增材制造的打印头管理方法及系统。
技术介绍
1、增材制造（additive manufacturing, am），又称3d打印技术，是通过逐层添加材料来制造三维物体的一类制造技术。与传统的减材制造方法不同，增材制造不需要切削、铣削等加工操作，能够直接从计算机三维模型文件中生成实际物品，广泛应用于航空航天、汽车、医疗、建筑等多个行业。其中，增材制造技术通过高精度控制的打印头将粉末、液体或线材等材料逐层堆积，最终形成所需的三维形状。在这一过程中，打印头的精度、稳定性、适配性以及对材料的控制能力直接决定了成品的质量和制造效率。
2、打印头作为增材制造设备的核心部件之一，其主要作用是将原材料精确地喷射或挤出到打印平台上，并根据打印任务的要求进行高精度的路径控制。打印头的性能对增材制造过程中的精度、表面光滑度、打印速度以及材料利用率等方面都有着至关重要的影响。目前常见的打印头类型有fdm（熔融沉积建模）打印头、sla（立体光刻）打印头、sls（选择性激光烧结）打印头和jetting（喷射打印头）。而在现有技术中，打印头管理方法较为单一，通过手动调整或简单的自动控制来实现，难以适应多头打印或复杂的打印任务，大多数设备只能实现基本的温度控制和材料输出控制，无法进行智能化的故障诊断和自适应优化。
3、因此，为了解决上述问题，亟需一种更加智能化、自动化的打印头管理方法，能够实时监控和调整打印头的工作状态，优化打印过程，尤其是在多头打印、复杂材料打印及故障检测方面，实现更高效、精确
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种用于增材制造的打印头管理方法及系统，通过引入智能监控、动态调节和路径优化，以显著提升增材制造过程中的打印精度、效率、质量和稳定性，解决现有技术中打印头管理方法较为单一的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种用于增材制造的打印头管理方法，包括以下步骤：
4、启动打印系统并进行自检，配置打印头的工作参数，初始化打印头并进行预热及喷嘴清理；
5、通过传感器实时采集打印头的工作状态数据，并根据打印材料调整打印头的喷嘴速度；
6、根据打印任务的几何模型、材料类型及打印头特性，构建打印头的打印路径；
7、通过传感器实时监控打印的喷嘴速度和打印路径，收集打印的任务负载、喷嘴状态和材料流动数据，动态分配工作负载；
8、在任务负载、喷嘴状态和材料流动数据超出预设阈值时启动自我修复机制，进行喷嘴自动清理、加热系统温度调整和材料流速重调，自动恢复打印头的正常工作状态。
9、作为本专利技术的进一步方案，配置打印头的工作参数，包括以下步骤：
10、在打印系统启动后，通过嵌入式传感器对打印头进行全面的自检，检测喷嘴、加热系统、送进机制是否正常工作；
11、系统根据增材制造所使用的打印材料，识别打印材料熔点、流动性、粘度、热膨胀系数的特性，动态调整打印头的喷嘴温度、材料流速、喷嘴尺寸的工作参数。
12、作为本专利技术的进一步方案，嵌入式传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器、喷嘴速度传感器、材料流量传感器以及位移传感器，通过嵌入式传感器对打印头进行全面的自检时，传感器实时检测喷嘴的温度、压力以及喷嘴的工作状态，与标准阈值范围比对后，检测是否存在堵塞、温度异常；若喷嘴温度过低，系统自动调节加热器功率；若压力过高，系统调整材料送进速度或喷嘴间隙。
13、作为本专利技术的进一步方案，根据打印材料调整打印头的喷嘴速度，包括以下步骤：
14、实时获取传感器反馈的工作状态数据，包括喷嘴温度、材料流量和打印速度；
15、根据打印材料的粘度和熔点，设定喷嘴速度的调整范围；
16、采用闭环控制系统实时根据传感器数据反馈自动调整喷嘴速度。
17、作为本专利技术的进一步方案，所述闭环控制系统由传感器模块、控制模块以及执行模块组成，其中，所述传感器模块负责实时采集喷嘴温度、材料流量、喷嘴压力和打印速度的工作状态数据；所述控制模块负责处理传感器数据，并计算出喷嘴速度调整值；所述执行模块接收控制模块的命令，调整喷嘴的实际喷出速度以及材料送进速度；所述闭环控制系统采用pid控制，并通过闭环反馈与修正自动调整喷嘴速度，其中，每次调整喷嘴速度后，传感器继续监测喷嘴的工作状态数据，实时反馈到控制模块，当喷嘴速度偏离预期调整范围时，控制系统将再次调整喷嘴速度。
18、作为本专利技术的进一步方案，构建打印头的打印路径，包括以下步骤：
19、获取打印任务的几何模型、材料类型及打印头特性；将打印任务的几何模型转换为网格，将几何模型的表面分解为一系列三角形或四边形面片，其中，每个网格面片表示模型的一个局部区域，在网格面片之间进行路径计算和连接规划打印路径；
20、将网格化后的几何模型转换为图，其中，节点代表模型表面的点、边缘点、转折点，边代表从一个位置到另一个位置的打印路径，并为每条边赋予权重；
21、基于dijkstra算法计算从起点到目标的最短路径，在dijkstra算法的基础上，进行路径平滑处理；
22、将打印任务进行分层处理，在每一层的打印路径上进行不同高度上规划，对于每一层使用图形规划二维平面上的打印路径，并根据增材制造材料的熔点特性，调整路径的温度和喷嘴直径。
23、作为本专利技术的进一步方案，动态分配工作负载前，还包括将打印区域划分为多个子区域，对每个区域根据打印精度和时间分配不同的负载，动态分配工作负载时，将传感器采集的所有数据进行实时处理，根据收集的传感器数据，使用回归模型来分析预测每个区域的打印负载，并将打印路径按不同负载进行划分，根据喷嘴实时速度和压力的监控数据，动态调整喷嘴速度，动态调整工作负载。
24、作为本专利技术的进一步方案，识别打印材料熔点、流动性、粘度、热膨胀系数的特性时，包括建立包含打印材料特性的数据库，加载增材制造所使用的打印材料的熔点、流动性、粘度和热膨胀系数信息。
25、作为本专利技术的进一步方案，动态调整打印头的喷嘴温度、材料流速、喷嘴尺寸的工作参数时，通过传感器实时监测打印过程中材料的工作状态数据，利用传感器数据和材料特性数据库进行分析，识别材料的当前状态；根据材料当前实时监测的数据调整打印头的喷嘴温度、材料流速和喷嘴尺寸；若检测到材料粘度增加时，提高喷嘴温度降低粘度，并实施闭环反馈控制机制优化打印参数。
26、第二方面，本专利技术提供了一种用于增材制造的打印头管理系统，包括：
27、初始化模块，用于启动打印系统并进行自检，配置打印头的工作参数，初始化打印头并进行预热及喷嘴清理；
28、数据采集模块，用于通过传感器实时采集打印头的工作状态数据，并根据打印材料调整打印头的喷嘴速度；
29、路径规划本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，配置打印头的工作参数，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，嵌入式传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器、喷嘴速度传感器、材料流量传感器以及位移传感器，通过嵌入式传感器对打印头进行全面的自检时，传感器实时检测喷嘴的温度、压力以及喷嘴的工作状态，与标准阈值范围比对后，检测是否存在堵塞、温度异常；若喷嘴温度过低，系统自动调节加热器功率；若压力过高，系统调整材料送进速度或喷嘴间隙。
4.如权利要求1所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，根据打印材料调整打印头的喷嘴速度，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，所述闭环控制系统由传感器模块、控制模块以及执行模块组成，其中，所述传感器模块负责实时采集喷嘴温度、材料流量、喷嘴压力和打印速度的工作状态数据；所述控制模块负责处理传感器数据，并计算出喷嘴速度调整值；所述执
6.如权利要求1所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，构建打印头的打印路径，包括以下步骤：
7.如权利要求1所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，动态分配工作负载前，还包括将打印区域划分为多个子区域，对每个区域根据打印精度和时间分配不同的负载，动态分配工作负载时，将传感器采集的所有数据进行实时处理，根据收集的传感器数据，使用回归模型来分析预测每个区域的打印负载，并将打印路径按不同负载进行划分，根据喷嘴实时速度和压力的监控数据，动态调整喷嘴速度，动态调整工作负载。
8.如权利要求2所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，识别打印材料熔点、流动性、粘度、热膨胀系数的特性时，包括建立包含打印材料特性的数据库，加载增材制造所使用的打印材料的熔点、流动性、粘度和热膨胀系数信息。
9.如权利要求8所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，动态调整打印头的喷嘴温度、材料流速、喷嘴尺寸的工作参数时，通过传感器实时监测打印过程中材料的工作状态数据，利用传感器数据和材料特性数据库进行分析，识别材料的当前状态；根据材料当前实时监测的数据调整打印头的喷嘴温度、材料流速和喷嘴尺寸；若检测到材料粘度增加时，提高喷嘴温度降低粘度，并实施闭环反馈控制机制优化打印参数。
10.一种用于增材制造的打印头管理系统，其特征在于，用于执行如权利要求1-9任一项所述的用于增材制造的打印头管理方法，该系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，配置打印头的工作参数，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，嵌入式传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器、喷嘴速度传感器、材料流量传感器以及位移传感器，通过嵌入式传感器对打印头进行全面的自检时，传感器实时检测喷嘴的温度、压力以及喷嘴的工作状态，与标准阈值范围比对后，检测是否存在堵塞、温度异常；若喷嘴温度过低，系统自动调节加热器功率；若压力过高，系统调整材料送进速度或喷嘴间隙。
4.如权利要求1所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，根据打印材料调整打印头的喷嘴速度，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的用于增材制造的打印头管理方法，其特征在于，所述闭环控制系统由传感器模块、控制模块以及执行模块组成，其中，所述传感器模块负责实时采集喷嘴温度、材料流量、喷嘴压力和打印速度的工作状态数据；所述控制模块负责处理传感器数据，并计算出喷嘴速度调整值；所述执行模块接收控制模块的命令，调整喷嘴的实际喷出速度以及材料送进速度；所述闭环控制系统采用pid控制，并通过闭环反馈与修正自动调整喷嘴速度，其中，每次调整喷嘴速度后，传感器继续监测喷嘴的工作状态数据，实时反馈到控制模块，当喷嘴速度偏离预期调整范围时，控制系统将再次调整喷嘴速度。
【专利技术属性】
技术研发人员：陈能豪，徐其川，梅永亮，洪英盛，何桂华，
申请(专利权)人：深圳市智能派科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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