互联网+3D打印服务平台关键技术研发及应用*

毛卫东 ，朱秀娟

（1.佛山市南海中南机械有限公司，广东佛山 528247；2.中峪智能增材制造加速器有限公司，广东佛山 528248；3.广东佛山职业技术学院，广东佛山 528137）

0 引言

3D打印技术是集计算机辅助设计、数控技术、3D打印于一体的先进制造技术，利用三维设计数据，在一台SLM成型设备上可快速而精确地直接制造出任意复杂形状的零件[1-2]。但是目前3D打印多以单件个性化生产为主，缺乏数据共享、远程控制、联机操作的软硬件基础，在实现快速制造集成技术应用上存在较多困难，难以实现协同开发、批量生产，同时缺乏3D打印适应产业转型升级的技术服务及人才培养平台[3-5]。本文基于此问题，将信息通信及互联网技术，与3D打印技术深度融合，研发基于新型控制器及监测手段的物联网设备系统；开发云数据，资源共享、协同生产；同时打造在线服务平台，实现课程培训、学历提升、技能鉴定一体化服务，以建立3D打印网络化协作体系，形成可柔性的、满足个性化需求的大批量生产模式，提升制造业的智能化水平。

1 研发互联网+3D打印核心技术，基于云平台协同创新

1.1 运用物联网技术，构建网络化3D打印设备系统

物联网技术是利用互联网或局部网络等通信技术把机器、控制器、传感器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成物与物、人与物相连，实现远程管理控制、信息化和智能化的技术实现方式[6]。3D打印企业将打印机直接植入互联网，使各生产设备能够在线触发动作或远程操控、数据采集等，形成3D打印物联网技术，构建网络化设备系统，实现生产制造实时数据信息的感知、传送和分析，加快生产资源的优化配置。

如某款自主研发的3D打印设备，自行开发基于DSP&FPGA的运动控制器技术架构模式，具备了以下的性能特点：基于Windows CE.NET嵌入式实时操作系统、集成显示、USB、串行数据通信接口、工业以太网通信接口等，可有效交换设备数据，实现网络传输与操控，如图1所示。

针对这种控制器，以传感器和计算机技术为基础，以信息交互为核心，开发对应的基于物联网技术的焦平面矫正装置，如图2所示。其工作原理是：3D打印机锁定激光振镜1输出的激光光束的焦点，此焦点即在斜面上形成的激光打印光斑的最亮点。底板2上设置承托部件5，矫正板6倾斜地设置在承托部件5上，形成此斜面。同时矫正板6的底端伸入通槽4内部，并安装支撑件7，二者成垂直关系，这样可实现斜面与激光振镜1正对。激光振镜1上设滑块，支架3设置竖直方向导轨，通过滑块与滑轨的连接，实现激光振镜1在支架3上的升降，以调节激光振镜1和底板2的距离。距离的大小由摄像头10及位置测量传感器精确测量，根据位置反馈信息，由上述自主研发的基于DSP&FPGA的可联网运动控制器，通过局部网络，输出测量信息，通过调节焦点的位置，再次调节激光振镜1与底板2之间的距离，直至3D打印机焦平面与成型室的底板2共面，即可开始打印。该设计的优点是一次打光可知焦点位置，同时可通过网络传输、数据共享，联机操作，实现远程调节及多件批量加工，大大提高3D打印效率。

图1 自主研发的自动控制器界面

图2 基于物联网技术的3D打印机焦平面矫正装置

1.2 借助移动互联网技术，协同研发

图3 开发移动电话在线监测功能

在汽车、家电或医疗器械等工业产品上增加网络软硬件模块，异地用户可通过互联网远程合作、在线联合设计及制作手板，进行3D打印技术应用及关键技术联合开发[7]。如通过互联网技术开发移动电话在线监测功能，与米家APP、小米移动电话的摄像头有效配对，通过移动电话APP可以在线观察协同创新手板制作情况，并及时调整打印信息，如图3所示。

以汽车门把手创新设计为例，通过产品的三维扫描硬件模块异地植入，完成数据采集（图4（a）），再通过技术服务平台，应用Geomagic Wrap软件、Geomagic Design X软件等进行异地云数据处理和逆向建模（图4（b）、图4（c）），完成数据传输后（图4（d）），即可进行3D打印手板制作，打印过程中手机可远程监控打印状态（图4（e）），至成型取件（图4（f）），完成线上协同开发、远程打印。

图4 异地在线协同创新

1.3 基于云平台，资源共享

图5 微信公众号技术推广

图6 云平台数据库

为不同厂商生产的智能硬件设备、仿真及分析软件提供统一的3D打印软件服务及数据转换支持，优化用户的使用体验，实现各产品及系统的互联互通[8]。开发微信公众号，通过网站、淘宝店铺、阿里巴巴等进行技术推广，如图5所示。同时发挥互联网对海量工业数据等资源的集聚作用，提高制造企业用户端设备、产品的运营效率、智能决策和清洁制造水平，实现3D打印数据库和知识库建设。图6所示为高校与企业联合开发的3D打印云平台数据库。

2 3D打印服务网开发

高校与企业共同建设“佛山装备制造行业科技与社会服务平台”，如图7（a）所示，开设3D打印技术服务专栏。如图7（b）所示，开发3D打印课程，开展3D打印技能考核，开展成人大专学历教育。针对珠三角重点机械装备制造业企业，尤其是小规模的3D打印设备研发和应用企业，联合开展线上人才培养及培训服务，一站式培养、输送3D打印专业人才。

图7 3D打印服务平台及核心知识培训课程

3 结束语

本文研发的基于互联网及物联网模块的3D打印设备经过投产验证，经济效益提升3%左右。基于3D打印服务平台，3年内共培养相关专业毕业生500余人，培训1万余人次，为50余家珠三角企业提供技能鉴定服务。研发互联网+3D打印关键技术，攻克3D打印基于物联网、互联网推广应用的瓶颈问题，让生产设备互联、信息共享，便于协同开发、远程控制，提升了制造业的智能化水平，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴，形成一个可以柔性生产的、满足个性化需求的大批量生产模式。