3Dprinter控制技术分析探讨

3Dprinter控制技术分析探讨

 魂溷 2014-9-9 07:02:40

本帖最后由 魂溷 于 2014-9-9 10:11 编辑 
作者：黄子帆 
前言 
本来不想这么频繁的发帖，前几天刚发布了关于切片引擎的简单介绍，效果还不错在科创论坛搞3D打印的人比较少的，居然不到十天有1000+的浏览量是不错了。

暑假干活太多，包括总结3D打印机的控制技术，对marlin固件进行研究高度概括总结了500多页的ppt。按照一个同学说的如果要讲课够讲一学期了。但是发帖很麻烦费时间，发高质量的贴更麻烦。所以只是抽时间，昨天中秋节在家闲着也是闲着就写了一篇啊。希望大家不懂的可以学会，水平高的方家可以指正错误，大家一同进步，不要搞得老是我进步了。 
简介 
我们做设计的追求的最高理想就是设计出能够自动设计机器的机器，能够制造出自动制造机器的机器。机床被誉为机器之母使我们向能够制造机器的机器迈出了巨大的一步，但是对于自我复制，自己制造自己，快速成型技术弥补了这个缺陷。自从3D打印技术的发明以来，进行过很多自我复制的实验做得最好的无疑是reprap。是reprap让3D打印机由几万十几万美元，变成现在的一千至几千美元。是许多DIY爱好者能够做一些强度不大的非标准件。 


2005年，RepRap项目在英国巴斯大学由机械工程高级讲师Adrian Bowyer博士创建。（这可是3D打印技术历史上的大事，各位同学想想自己当时在干嘛）。 
           它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出大部分其自身的（塑料）组件。（部分自己制造自己）。 
第一代的reprap Darwin 
  

Reprap制造的第一个部件，用来制造一个Reprap。 
  

右边机器所有的塑料部件，都是被左边机器生产的。 
  

这原型机从软件到硬件各种数据都是免费和开源的，都在自由软件协议GNU通用公共许可证GPL之下发布 
现在的reprap家族 


原理 
打印原理 :熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM） 


3D打印机工作流程 




3D打印控制器 


这是RAMPS1.4很常用很简单的盾板，接口也比较多，在SLA也可以用但是要烧录α固件，做SLS也可以，X轴接X轴 Y轴接Y轴 E1 E2接活塞。 
机械轴 
直角坐标型：XYZ轴成互为直角样子的，XY轴通常是由同步带接步进电机来定位的，Z轴则是由丝杆控制的。 


三角爪型：其数学原理是跟直角坐标型一样，用笛卡尔坐标系原理的。只是将XY轴通过三角函数来映射到三个爪的位置上。 


固件 


Grbl 


Sprinter 


Marlin 


Repetier-Firmware 


Smoothie 


软件架构 


G Code 解译 
将G Code转换成3D Printer的内部控制命令 
EX : 
G01 X10 Y15.5 F2000 


M109 S180 
加热到180度才执行下一行G Code 
G Code Interpretation on Sprinter/Marlin 




Source Code 










字符串解析 
G Code, M Code, other… 
轨迹规划 
温度设定 
系统参数的设定 
delta结构轨迹 




梯形加减速控制 
使用步进电机时，通常會以梯形加減速或是 S 型加减速 
Marlin 是使用梯形加減速 




路径轨迹初速度设定 


步进电机控制轨迹 

直线轨迹的规则 
圆弧轨迹的规则 
轨迹的梯形加减速规则 
轨迹预览 (look ahead) 
对两条轨迹连接处的规则 
在Plan motion lib寻找 


部分代码，详细可以到marlin固件寻找。 
undefined 




将planner的连续轨迹，转化成步进电机所需的离散脉波 
关于直线插补圆弧插补这是marlin固件中的内容，要写在这篇贴中，就有点没有抓住主要矛盾了。 
利用Timer ISR来控制脉波的宽度(频率) 
用硬件的GPIO产生High & Low 
温度控制 


控制周期约为16mS 


PID控制图像 




代码