CN106738932A - 一种喷头温度可补偿的3d打印机控制系统 - Google Patents

一种喷头温度可补偿的3d打印机控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，包括：上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；人机交互模块上设置RS232串行通信接口；下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信；所述ARM芯片与环境温度传感器，所述FPGA芯片分别与第一喷头加热模块和第二喷头加热模块连接。本发明基于ARM‑FPGA结构的根据环境温度变化监控结果，进行喷头温度补偿的3D打印机控制系统，保证和提高了环境温度变化时3D打印制品的质量。

Description

一种喷头温度可补偿的3D打印机控制系统
技术领域
本发明涉及3D打印机智能控制领域，特别是一种喷头温度可补偿的3D打印机控制系统。
背景技术
3D打印技术又称快速成型技术、增材制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或计算机断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术，具有生产周期短、成本低的优势。目前3D打印的技术主要包括立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结成型(SLS)、熔融沉积成型(FDM)等工艺。
3D打印机的控制，可以将3D物体的切片数据以G代码文件形式存储于运动控制卡的存储器中，加工时，选择目标型号物体代码执行打印加工。
3D打印机所用ABS打印材料由熔融态转变为固态后具有明显的尺寸收缩，原料较大的收缩率对制品的3D打印过程及最终制品的尺寸稳定性具有显著影响，因此需要开展3D打印工艺的研究，通过优化打印工艺降低或消除制品打印过程中普遍存在的翘曲和收缩过大的问题。
打印环境温度如果过低，从喷嘴挤出的丝骤冷使成型零件内应力增加，这很容易引起零件翘曲变形，影响打印过程顺利进行，并导致层间粘接不牢固，零件有开裂的倾向，因此需要对环境温度进行监控，并适时做适量温度补偿，保证打印质量。
目前关于3D打印机温度控制的专利，CN201510571441.13D打印机温度控制系统，提到快速升、降温的功能，也可以根据要求使打印机内的温度稳定在某一恒定温度，扩大了3D打印机的使用环境。但其打印机外罩和外罩控制成本较高，不利于推广。
发明内容
本发明设计开发了一种。本发明将
本发明提供的技术方案为：
一种喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，包括：
上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；人机交互模块上设置RS232串行通信接口；
下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；
所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信；
所述ARM芯片与环境温度传感器，所述FPGA芯片分别与第一喷头加热模块和第二喷头加热模块连接；
所述人机交互模块的RS232串行通信接口9个针脚分别依次连接NC，PA9，PA10，NC，GND，NC，NC，NC，NC；
所述ARM芯片与SD卡插槽的管脚连接关系为：
ARM芯片PC10脚与SD卡插槽DAT2脚连接，ARM芯片PC11脚与SD卡插槽DAT3脚连接，ARM芯片PD2脚与SD卡插槽CMD脚连接，ARM芯片VDD脚与SD卡插槽3V3脚连接，ARM芯片PC12脚与SD卡插槽CLK脚连接，ARM芯片VSS脚与SD卡插槽GND脚连接，ARM芯片PC8脚与SD卡插槽DAT0脚连接，ARM芯片PC9脚与SD卡插槽DAT1脚连接，ARM芯片PG8脚与SD卡插槽CD脚连接，ARM芯片GND脚与SD卡插槽GND脚连接。
优选的是，所述ARM芯片，人机交互模块、SD卡插槽、FPGA芯片和I/O控制模块均设置在电路基板上。
优选的是，所述电路基板上还设置有电源模块。
优选的是，所述电源模块能够提供5V直流电。
优选的是，所述人机交互模块与触摸屏连接。
本发明的有益效果是：本发明基于ARM-FPGA结构的根据环境温度变化监控结果，进行喷头温度补偿的3D打印机控制系统，保证和提高了环境温度变化时3D打印制品的质量。本发明能在不使用打印机保护外壳，不大幅提高3D打印机制造成本的基础上，在环境温度不稳定的打印环境中，保证3D打印制品的质量和机器平均无故障时间，具有良好的现实意义。
附图说明
图1为本发明所述的喷头温度可补偿的3D打印机控制系统总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，包括电路基板110，在电路基板110上设置有电源模块120，用于为整个控制系统供电。
在电路基板110上设置有上层控制模块和下层控制模块。
其中，上层控制模块包括ARM芯片130、人机交互模块140、SD卡插槽150以及环境温度传感器193。
下层控制模块包括FPGA芯片160、I/O控制模块170以及电机伺服器的I/O，以及第一喷头加热模块191和第二喷头加热模块192。
所述电路基板110上还设置有FSMC总线160，使ARM芯片130与FPGA芯片160通过FSMC总线180实现通信。
ARM芯片130为MCU内核：STM32F103ZET6，安装RT-Thread操作系统。
所述人机交互模块140采用Rs-232串行通信方式的扩展接口，可与触摸式控制屏连接，采用MODBUS通信协议。
FSMC总线160为“静态存储器控制器”，是内置于大容量STM32F的外部存储器控制器，本系统使用其中的PSRAM控制器，与FPGA实现通信，增加了系统的实时性，确保了电机运动的可靠性和加工动作的准确性。
SD卡插槽150与ARM芯片130采用对应管脚直连的方式，使用FATfs文件系统。
本发明基于ARM-FPGA结构的根据环境温度变化监控结果，进行喷头温度补偿的3D打印机控制系统，保证和提高了环境温度变化时3D打印制品的质量。
其中，ARM芯片130与人机交互模块140之间的之间管脚关系为：
编号 引脚 编号 引脚
1 NC 2 PA9
3 PA10 4 NC
5 GND 6 NC
7 NC 8 NC
9 NC
ARM芯片130与SD卡插槽150之间管脚关系为：
编号 引脚连接 编号 引脚链接
1 PC10–DAT2 2 PC11–DAT3
3 PD2–CMD 4 VDD–3V3
5 PC12–CLK 6 VSS–GND
7 PC8–DAT0 8 PC9–DAT1
9 PG8–CD 10 GND–GND
ARM芯片130与FPGA芯片160之间管脚关系：
本发明ARM与FPGA双核心结构，使用SD卡作为文件存储和拷贝设备，ARM芯片内安装操作系统、G代码解释软件、SD卡驱动程序和文件系统，FPGA芯片内安装电机和两个加热模块控制程序，两个核心芯片通过FSMC总线实现通信。在ARM芯片连接一个DS18B20数字温度传感器，在操作系统建立温度变化判断线程：如果环境温度变化小于1摄氏度，加热模块不工作；如果温度降低1-3摄氏度，加热模块加热1分钟；如果温度降低4-6摄氏度，加热模块加热2分钟；温度变化大于7摄氏度，打印程序暂停，并报警提示。
本发明能在不使用打印机保护外壳，不大幅提高3D打印机制造成本的基础上，在环境温度不稳定的打印环境中，保证3D打印制品的质量和机器平均无故障时间，具有良好的现实意义。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，其特征在于，包括：
上层控制模块，其包括ARM芯片，人机交互模块以及SD卡插槽，所述人机交互模块和SD卡插槽分别与ARM芯片连接；人机交互模块上设置RS232串行通信接口；
下层控制模块，其包括FPGA芯片和I/O控制模块，所述I/O控制模块与FPGA芯片连接；
所述ARM芯片与FPGA芯片通过FSMC总线进行通信；
所述ARM芯片与环境温度传感器，所述FPGA芯片分别与第一喷头加热模块和第二喷头加热模块连接；
所述人机交互模块的RS232串行通信接口9个针脚分别依次连接NC，PA9，PA10，NC，GND，NC，NC，NC，NC；
所述ARM芯片与SD卡插槽的管脚连接关系为：
ARM芯片PC10脚与SD卡插槽DAT2脚连接，ARM芯片PC11脚与SD卡插槽DAT3脚连接，ARM芯片PD2脚与SD卡插槽CMD脚连接，ARM芯片VDD脚与SD卡插槽3V3脚连接，ARM芯片PC12脚与SD卡插槽CLK脚连接，ARM芯片VSS脚与SD卡插槽GND脚连接，ARM芯片PC8脚与SD卡插槽DAT0脚连接，ARM芯片PC9脚与SD卡插槽DAT1脚连接，ARM芯片PG8脚与SD卡插槽CD脚连接，ARM芯片GND脚与SD卡插槽GND脚连接。
2.根据权利要求1所述的喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，其特征在于，所述ARM芯片，人机交互模块、SD卡插槽、FPGA芯片和I/O控制模块均设置在电路基板上。
3.根据权利要求2所述的喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，其特征在于，所述电路基板上还设置有电源模块。
4.根据权利根据权利要求3所述的喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，其特征在于，所述电源模块能够提供5V直流电。
5.根据权利根据权利要求3所述的喷头温度可补偿的3D打印机控制系统，其特征在于，所述人机交互模块与触摸屏连接。
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