3D打印控制技術(shù)分析——by黃奕

3D打印控制技術(shù)分析

本文作者：黃奕，1993年12月29日出生的天才少年，中科大少年班，現(xiàn)在經(jīng)常往返中科大、港科大、西安交大交流學(xué)習(xí)。

黃奕，左二

寫在前頭：
     經(jīng)常逛南極熊，看看行業(yè)最新資訊，但是很少在南極熊發(fā)帖，發(fā)帖比較麻煩，發(fā)高質(zhì)量的貼子更麻煩。暑假干活太多，包括總結(jié)3D打印機(jī)的控制技術(shù)，對(duì)marlin固件進(jìn)行研究高度概括總結(jié)了500多頁(yè)的ppt。按照一個(gè)同學(xué)說的如果要講課夠講一學(xué)期了。昨天中秋節(jié)在家閑著也是閑著就寫了一篇。希望大家不懂的可以學(xué)會(huì)，水平高的專家可以指正錯(cuò)誤，大家一同進(jìn)步。
一、簡(jiǎn)介——以reprap為例說明3D打印機(jī)的自我復(fù)制能力
    我們做設(shè)計(jì)的追求的最高理想就是設(shè)計(jì)出能夠自動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)器的機(jī)器，能夠制造出自動(dòng)制造機(jī)器的機(jī)器。機(jī)床被譽(yù)為機(jī)器之母，它使我們向能夠制造機(jī)器的機(jī)器邁出了巨大的一步，但是對(duì)于自我復(fù)制，自己制造自己還難以勝任，快速成型技術(shù)彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。自3D打印技術(shù)的發(fā)明以來(lái)，眾多愛好者進(jìn)行過很多“自我復(fù)制”的實(shí)驗(yàn)，做得最好的無(wú)疑是reprap。是reprap讓3D打印機(jī)從幾萬(wàn)十幾萬(wàn)美元一臺(tái)，變成現(xiàn)在的一千至幾千美元一臺(tái)，這讓許多DIY愛好者能夠很方便的打印一些強(qiáng)度不大的非標(biāo)準(zhǔn)件用于各類DIY物品制備。

   2005年，RepRap項(xiàng)目在英國(guó)巴斯大學(xué)由機(jī)械工程高級(jí)講師Adrian Bowyer博士創(chuàng)建。（這是3D打印技術(shù)歷史上的一件大事，各位同學(xué)可以想想自己當(dāng)時(shí)在干嘛）。reprap具有一定程度的自我復(fù)制能力，能夠打印出大部分其自身（塑料）組件（部分自己制造自己）。
第一代的reprap Darwin

Reprap制造的第一個(gè)部件，用來(lái)制造一個(gè)Reprap。  

右邊機(jī)器所有的塑料部件，都是被左邊機(jī)器生產(chǎn)的。

    這種原型機(jī)從軟件到硬件各種數(shù)據(jù)都是免費(fèi)和開源的，都在自由軟件協(xié)議GNU通用公共許可證GPL之下發(fā)布，現(xiàn)在的reprap家族——看圖：

二、3D打印原理及流程簡(jiǎn)述
1、打印原理 : 熔融沉積式（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）

2、3D打印機(jī)工作流程

  

三、3D打印固件簡(jiǎn)介
1、3D打印控制器

這是RAMPS1.4很常用很簡(jiǎn)單的盾板，接口也比較多，SLA也可以用，但是要燒錄α固件，做SLS也可以，X軸接X軸， Y軸接Y軸， E1 E2接活塞。
2、機(jī)械軸
（1）直角坐標(biāo)型：XYZ軸互為直角，XY軸通常是由同步帶接步進(jìn)電機(jī)來(lái)定位的，Z軸則是由絲桿控制的。

（2）三角爪型：其數(shù)學(xué)原理跟直角坐標(biāo)型一樣，笛卡爾坐標(biāo)系原理。只是將XY軸通過三角函數(shù)來(lái)映射到三個(gè)爪的位置上。

3、開源3D打印機(jī)控制軟件
（1）部分軟件列表

（2）軟件架構(gòu)

（3）G Code 解譯
將G Code轉(zhuǎn)換成3D Printer的內(nèi)部控制命令
EX :
G01 X10 Y15.5 F2000

M109 S180
加熱到180度才執(zhí)行下一行G Code
G Code Interpretation on Sprinter/Marlin

Source Code

（4）字符串解析
G Code, M Code, other…
軌跡規(guī)劃
溫度設(shè)定
系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定
delta結(jié)構(gòu)軌跡

梯形加減速控制
使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，通常會(huì)以梯形加減速或是 S 型加減速

Marlin 是使用梯形加減速  
步進(jìn)電機(jī)控制軌跡，詳細(xì)代碼可以到marlin固件尋找。
將planner的連續(xù)軌跡，轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)所需的離散脈波
利用Timer ISR來(lái)控制脈波的寬度(頻率)，用硬件的GPIO產(chǎn)生High & Low
（5）溫度控制

控制周期約為16mS

（6）PID控制圖像

  

利用熱敏電阻或者熱電偶，獲取當(dāng)前溫度，用PWM控制電流以達(dá)到目標(biāo)溫度。

@黃奕19931229

技術(shù)的我們一部分人還是不懂啊

含金量極高，是目前國(guó)內(nèi)見過分析最深入的帖子。

含金量高，感謝分享

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謝謝樓主分享 學(xué)習(xí)了:)

GEEK犀利依然啊