本發(fā)明屬于3D打印技術領域，尤其涉及一種控制終端與3D打印機的控制系統(tǒng)。

背景技術：

3D打印機(3D Printers)是一種神奇的打印機，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品，如今3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開始廣泛應用在設計領域，尤其是工業(yè)設計，數(shù)碼產(chǎn)品開模等，可以在數(shù)小時內完成一個模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品到市場的開發(fā)時間。隨著科學技術的高速發(fā)展，3D打印機已逐漸進入人們視野，雖然現(xiàn)階段并沒有被普遍應用在各個領域，但是毋庸置疑的是該技術以其獨到之處正在不斷成熟，并且應用也愈加廣泛。

目前的3D打印機因為主要作用于工業(yè)設計領域，因此在普通日常生活中并沒有被普遍使用，這使整個3D打印機應用范圍非常狹窄，在發(fā)展方向上遇到瓶頸；同時3D打印機目前并沒有并廣泛應用進物聯(lián)網(wǎng)領域，只是單獨與電腦連接，接受電腦命令后打印，缺少利用手機進行移動控制的3D打印系統(tǒng)，而且，現(xiàn)有的3D打印采用單光束激光聚焦為光源，打印的速度和分辨率都受制于聚焦光斑的尺寸。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供Android的智能手機與3D打印機交互的系統(tǒng)，以解決3D打印技術沒有融合進物聯(lián)網(wǎng)以及現(xiàn)有3D打印速度和分辨率都受制于聚焦光斑的寸的技術問題，還能夠適用于家庭，并具有曝光場面積大、效率高、低成本的優(yōu)點。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

Android的智能手機與3D打印機交互的系統(tǒng)，包括

圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊，用于3D掃描待打印的物體，生成物理模型分層，并傳送到下一級；

激光器，用于輸出單束激光；

分光系統(tǒng)，用于將激光器輸出的單數(shù)激光分成多束相干光，形成周期性的微納復合結構圖案(即干涉結構圖案)；

Android智能手機，用于接收已生成物理模型分層的3D掃描數(shù)據(jù)并傳送到下一級、設置和修正分光系統(tǒng)的參數(shù)以及發(fā)出控制命令；

CCD顯微成像系統(tǒng)，用于接收Android智能手機傳送來的3D掃描數(shù)據(jù)，模擬3D納米圖案結構成型物理模型，檢測相干光形成的干涉結構圖案并反饋到Android智能手機；

云服務端，用于存儲3D打印軟件、待打印物品的3D模型圖、對3D模型圖進行解析，以及與3D打印機進行信息交互；

3D打印機，用于接收Android智能手機的控制命令，進行3D打印。

進一步的，相干光束數(shù)量為2-6束。

進一步的，分光系統(tǒng)設定各路相干光束入射角為0°-90°，空間角0°－360°。

進一步的，3D打印機內設置有打印材料，所述多束相干光在干涉場內產(chǎn)生強弱調制的光強度分布，用調制后重新分布的光強分布作為3D打印光源，在CCD顯微成像系統(tǒng)或打印材料的表面上形成周期性的微納復合結構圖案。

進一步的，Android智能手機設置分光系統(tǒng)參數(shù)時，干涉光場強度分布周期達到打印納米圖案尺寸要求，圖案周期50-5000nm，微納復合結構圖案為線柵、點陣或多圖形組合，圖形占空比1：1-1：10。

進一步的，Android智能手機對分光系統(tǒng)的參數(shù)修正，由CCD顯微成像系統(tǒng)檢測相干光形成的干涉圖案信息并反饋給Android智能手機，與模擬3D納米圖案進行比對，調整分光系統(tǒng)參數(shù)，減小誤差，實現(xiàn)CCD顯微成像系統(tǒng)檢測干涉結構圖案與打印圖案一致。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：

(1)由于現(xiàn)有3D激光打印采用單光束激光聚焦為光源，打印的速度和分辨率都受制于聚焦光斑的尺寸，本發(fā)明采用多光束激光干涉技術產(chǎn)生的微納復合周期性結構干涉光為光源，曝光場面積大、效率高；本發(fā)明實現(xiàn)方式簡單，采用了云服務端，只需幾步便能通過Android智能手機調取存儲于云服務端的3D模型圖，控制相配合的3D打印機打印出相關物品，由于本發(fā)明實現(xiàn)方式簡單，故用戶只要懂得上網(wǎng)便能操作，避免了用戶必須通過軟件制圖使3D打印機適用范圍過窄的問題，本發(fā)明的實現(xiàn)方法適用于各種用戶，易于推廣使用。

(2)由于激光干涉技術產(chǎn)生的圖案結構從納米級到微米級可調，具有圖形特征尺寸小、周期性好、圖案密度可調性好的優(yōu)點，使得微納復合結構3D打印的周期設置更方便。

(3)由于本發(fā)明直接生成微納復合結構的3D打印，節(jié)省打印材料，相比現(xiàn)有方法具有快速、大面積、精密、低成本實現(xiàn)微納復合材料3D打印的優(yōu)點。

(4)本發(fā)明在3D打印機內還嵌有網(wǎng)卡，以便云平臺與3D打印機實現(xiàn)實時信息交互，同時由于智能終端與3D打印機并沒有直接相連，而智能終端只負責在云服務端上搜索相應的家用3D模型圖，并由云服務端傳輸至3D打印機，因此由于這種間接連接方式使智能終端不直接與3D打印機相連，不只通過電腦命令控制，避免了接口與協(xié)議的限制，使這種3D打印更加方便和簡單；同時本發(fā)明將云服務端和3D打印機結合，使人們能夠選擇更多的家用物品進行3D打印。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的3D打印機內部硬件拓撲圖；

圖3是六光束激光分光系統(tǒng)示意圖；

圖4是六光束激光干涉3D打印系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結合圖1～圖4對本發(fā)明作詳細說明。

Android的智能手機與3D打印機交互的系統(tǒng)，包括圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊4、激光器1、分光系統(tǒng)2、Android智能手機5、CCD顯微成像系統(tǒng)6、云服務端和3D打印機3，云服務端，用于存儲3D打印軟件，并轉發(fā)控制命令，與3D打印機、Android智能手機進行信息交互。

該云服務端在本實施例中優(yōu)選由云服務供應商提供，則搜索到的產(chǎn)品非常齊全，本發(fā)明的3D打印機安裝在家里，因此用戶在云服務端主要提供家用產(chǎn)品如牙刷、杯子等。

為了更好地實現(xiàn)3D打印機的功能，在該3D打印機上還連接有智能處理芯片，該智能處理芯片內嵌在3D打印機內，用于接收3D打印機發(fā)送的信息并處理、回饋。

當3D打印機與云服務端通過網(wǎng)絡連通后，在云服務端上連接Android智能手機。

由于從云服務端搜索到的3D模型圖可能是不符合3D打印機打印標準的圖片，因此為了更好地實現(xiàn)打印功能，可在云服務端上安裝一個打印軟件，該打印軟件的工作過程如下：

(1)將打印軟件存儲到云服務端，根據(jù)云計算的SaaS，即云服務端的運營服務商，該打印軟件進行服務；

(2)用戶通過PC機在云服務端選定一個素材后，該素材對應的存儲在云服務端的3D模型程序加載到打印軟件中；

(3)打印軟件將該3D模型程序進行解碼，形成3D模型圖，并通過網(wǎng)卡將圖傳輸至3D打印機；

綜上所述，該打印軟件類似于現(xiàn)有技術中的office軟件，為3D打印機的配套軟件，該軟件為現(xiàn)有3D打印機使用的軟件，故不多做描述。

為了加強保密功能，用戶在每個3D打印機上分配了一個ID，并對每個ID進行了加密，用戶需要在PC機上輸入該3D打印機對應的密碼才能使用3D打印機，以保證外界不會侵入該3D打印機。

本發(fā)明的實現(xiàn)方法如下：

(a)用戶在Android智能手機上選擇自家的3D打印機，并輸入該3D打印機的ID對應的密碼，在密碼配對成功后進入下一步；

(b)用戶以Android智能手機為入口進行云服務端搜索，搜索需要打印的素材——杯子，在選擇了素材后，打印軟件對該素材進行解碼，生成杯子的3D模型圖，并將該3D模型圖發(fā)送至3D打印機；

(c)3D打印機接收到3D模型圖之后，將該3D模型圖發(fā)送至智能處理芯片，智能處理芯片進行解析，生成3D打印機需要的格式后將該3D模型圖發(fā)送至3D打印機的數(shù)控打印單元；

(d)數(shù)控打印單元接收到3D模型圖后3D打印機進行打印，3D打印機最后打印出一個杯子，與此同時智能處理芯片將解析后的3D模型圖存儲在存儲模塊中，下次使用該3D模型圖時無需再重新從云存儲端查詢和解碼。

在第二次使用該3D模型圖時，通過PC機與3D打印機上的網(wǎng)卡相連，并通過網(wǎng)卡進入存儲模塊查詢已加載或打印過的3D模型圖，直接發(fā)出再次打印的命令即可。

按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)云服務，而Android智能手機與3D打印機構成的整個系統(tǒng)的信息交互關系如下：

首先圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊將打印物體3D掃描后生成物理模型分層，并傳送給Android智能手機；根據(jù)打印納米圖案尺寸要求，Android智能手機模擬3D納米圖案結構成型物理模型并設置分光系統(tǒng)參數(shù)，使分光系統(tǒng)將激光器輸出的單束激光分為多束相干光，并設定各路相干光束的入射角和空間角，各路相干光的偏振態(tài)一致，通過參數(shù)設定使多束相干光組合，在CCD顯微成像系統(tǒng)和打印材料的表面上形成周期性微納復合結構圖案；CCD顯微成像系統(tǒng)檢測相干光形成的干涉結構圖案信息并反饋給Android智能手機，Android智能手機對分光系統(tǒng)的參數(shù)修正，使CCD顯微成像系統(tǒng)檢測干涉圖案分布周期達到打印納米圖案尺寸要求，參數(shù)設定完成；Android智能手機通過精確地控制3D打印機在二維平面的掃描速度及方式，相干光按照被打印物體3D物理模型截面輪廓逐點掃描，與被打印材料作用使作用處材料成型，獲得該截面輪廓的微納復合結構薄片，設置3D打印機升起或下降一層薄片的距離后繼續(xù)分層掃描，疊加成型的方式逐層增加材料生成微納復合結構三維模型。

由紫外激光器(355nm)發(fā)出的激光經(jīng)過分光系統(tǒng)后分為6束干涉光，圖中光路I、II、III為入射光束，光路IV、V、VI為調制光束。入射光I、II、III的空間角成系統(tǒng)中心軸對稱分布，即為0°、120°和240°，調制光IV、V、VI的空間角分別與三束入射光的空間角相同，但入射角不同。入射光束入射角為30°，調制光束入射角為35°。干涉結構以正三角形分布的點陣為大周期(6μm)并以孔陣為小周期(500nm)的微納復合雙重二維結構。

六光束激光干涉3D打印系統(tǒng)，首先使用圖像采集數(shù)據(jù)處理模塊將待打印物體(如正方體)3D物理模型切片分層，并傳送給Android智能手機，根據(jù)打印納米圖案尺寸要求(500nm/6μm)，Android智能手機模擬3D納米圖案結構成型物理模型并控制分光系統(tǒng)4將激光器輸出的單束激光分為六束相干光，通過參數(shù)設定使相干光干涉，并在CCD顯微成像系統(tǒng)和打印材料(SU8光刻膠)的表面上形成以正三角形分布的點陣為大周期并以孔陣為小周期的微納復合雙重二維結構。CCD顯微成像系統(tǒng)干涉結構圖案信息并反饋給Android智能手機，Android智能手機對分光系統(tǒng)參數(shù)修正，使CCD顯微成像系統(tǒng)檢測干涉圖案分布周期達到打印納米圖案尺寸要求。參數(shù)設定完成。Android智能手機精確地控制3D打印機在二維平面的掃描速度1mm/s，并按照被打印物體3D物理模型截面輪廓逐點掃描，相干光與光刻膠作用使作用處材料成型，單層掃描完成獲得該截面輪廓的微納復合結構薄片，設置3D打印機升起或下降一層薄片的距離(500nm)后繼續(xù)分層掃描，疊加成型的方式逐層增加材料，顯影后生成微納復合結構三維模型。

提供以上實施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內。