CN111844761A

CN111844761A - 一种3d打印机控制系统

Info

Publication number: CN111844761A
Application number: CN202010747445.1A
Authority: CN
Inventors: 吕宁; 李晓桐
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明公开了一种3D打印机控制系统，涉及3D打印技术领域；人机交互模块、数据传输模块与STM32主控模块连接，电源模块与断电续打模块连接，断电续打模块与STM32主控模块连接，温度控制模块与STM32主控模块连接，STM32主控模块与电机驱动模块连接，断料检测模块与STM32主控模块连接，限位开关模块与STM32主控模块连接；本发明提升了系统运算速率，能够实现断电续打，同时在打印时能够自动关机；同时可以重新选择模型，能够检测断料，稳定性高，使用方便，控制准确。

Description

一种3D打印机控制系统

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种3D打印机控制系统。

背景技术

3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

现有的3D打印机控制系统在使用时容易出现稳定性差，且打印出现断电而无法打印的现象，降低了效率。

发明内容

为解决现有的3D打印机控制系统在使用时容易出现稳定性差，且打印出现断电而无法打印的现象，降低了效率的问题；本发明的目的在于提供一种3D打印机控制系统。

本发明的一种3D打印机控制系统，包括STM32主控模块、电源模块、限位开关模块、温度控制模块、人机交互模块、数据传输模块、电机驱动模块、断料检测模块以及断电续打模块；人机交互模块、数据传输模块与STM32主控模块连接，电源模块与断电续打模块连接，断电续打模块与STM32主控模块连接，温度控制模块与STM32主控模块连接，STM32主控模块与电机驱动模块连接，断料检测模块与STM32主控模块连接，限位开关模块与STM32主控模块连接。

作为优选，所述STM32主控模块为STM32 微控制器，是基于 ARM Cortex-M 为内核的高性能处理器，频率为72MHz，工作电压在2.2-3.6V，可用工作温度-40-85℃。

作为优选，所述电机驱动模块采用两相四线混合式步进电机，电机以24V 的电压进行工作，并保持1.7A的额定相电流，采用A4988驱动器作为驱动芯片。

作为优选，所述温度控制模块为采用传感器检测温度，通过定时器中断，对各传感器信号的有效获取，并采用电压模拟量的具体方式对信号进行传送，然后对之实施数字量转换，通过与相应的温度转换表进行对照，将数字量转变为相应的温度量，将温度量与相应参考温度进行对比，实现对温度的有效控制。

作为优选，所述人机交互模块实现用户和打印机之间的通信，用户在串口屏上选择U盘或SD卡中的文件进行打印，同时显示当前工作状态信息；此外，通过串口屏实现对打印参数的设置，实现脱机打印。

作为优选，所述断电续打模块为AC220V和开关电源的中转区，一端接插座220V，另一端接开关电源，通过继电器控制它们之间的通断。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一、提升了系统运算速率，能够实现断电续打，同时在打印时能够自动关机；

二、同时可以重新选择模型，能够检测断料，稳定性高，使用方便，控制准确。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：包括STM32主控模块、电源模块、限位开关模块、温度控制模块、人机交互模块、数据传输模块、电机驱动模块、断料检测模块以及断电续打模块；人机交互模块、数据传输模块与STM32主控模块连接，电源模块与断电续打模块连接，断电续打模块与STM32主控模块连接，温度控制模块与STM32主控模块连接，STM32主控模块与电机驱动模块连接，断料检测模块与STM32主控模块连接，限位开关模块与STM32主控模块连接。

STM32微控制器电路：STM32 微控制器是基于 ARM Cortex-M 为内核的高性能处理器，在性能上远远优于传统的8位和16位单片机，频率为72MHz，I/O引脚丰富，工作电压在2.2-3.6V，可用工作温度-40-85℃。通常，限位开关电路采用+ 5V电源，而微控制器电路采用3.3V电源，因此，可采用适宜电阻实施外接，实现对限位开关以及微控制器电压的有效转换。

电机驱动电路：在系统硬件电路设计中，采用两相四线混合式步进电机，该电机以24V 的电压进行工作，并保持1.7A的额定相电流，该设计预计选用采用A4988驱动器作为驱动芯片，该部件能够对步进电机进行驱动的同时提供过流保护。

温度控制模块：在3D打印机中，通过温度控制相关程序，可实现对加热床以及挤出机的温度调节。通常，在控制系统的不同部位，对传感器进行安装。通过定时器中断，可实现对各传感器信号的有效获取，并采用电压模拟量的具体方式对信号进行传送，然后对之实施数字量转换，通过与相应的温度转换表进行对照，可将数字量转变为相应的温度量。将温度量与相应参考温度进行对比，可实现对温度的有效控制。在控制系统的设计过程中，可通过PID途径对温度实施调节，实现对温度偏移更为精确的检测和有效控制。

人机交互模块：人机交互模块可以实现用户和打印机之间的通信，用户可以在串口屏上选择U盘或SD卡中的文件进行打印，同时可以显示当前工作状态信息；此外，通过串口屏也可以实现对打印参数的设置。实现脱机打印。

断电续打模块：断电续打模块为AC220V和开关电源的中转区，一端接插座220V，另一端接开关电源，通过继电器控制它们之间的通断。其核心思想是意外断电瞬间，利用其储存在电容里的余电对微控制器芯片发送断电指令，通知单片机保存当前打印进度信息，当再次上电时，可以继续打印上次未打印完成的模型。

软件系统是整个3D打印系统主要部分，软件的合理性直接影响整个控制系统的运行效果，软件部分按功能模块化包括人机交互、温度控制、电机的控制、断电续打等。

系统的控制逻辑为：系统上电后，主程序首先对于各个模块进行调用和初始化操作，紧接着通过SPI接口读取SD卡或U盘中的数据信息，或者通过USB接口接受上位机发送的数据并将这些文件及打印机状态显示在串口屏上；然后执行主程序并等待确认的打印指令；当收到打印的指令之后，首先进行预热，当达到工作温度之后，进行路径规划，从而进行步进电机的驱动，整个过程由定时器来进行时间控制；当在打印过程中出现突然断电的情况，断电续打模块会瞬间通知单片机，使其保存当前正在打印进度信息到内部FLASH存储芯片内，在下次打印时，首先提示用户是否继续上次未完成的打印，选择否可以重新选择模型，选择是则可以读取FLASH内进度的信息继续未完成的模型打印，直至打印完成。

在FDM成型过程中影响打印件精度的因素众多，包括喷嘴温度、成形室温度、扫描速度、挤出速度、层厚、线宽补偿、喷嘴与底板之间的距离、填充方式、网格间距、丝的材质、工件相对于工作台面的几何成形角度、是否加工支撑等。其中，分层厚度、线宽补偿量、挤出速度、填充速度、成形室温度这几个参数是起到主导作用的。

本具体实施方式以主要的几种工艺参数为输入，成型件几何精度和尺寸精度作为输出，构建神经网络模型，设计正交实验获得样本训练神经网络模型，建立工艺参数与成型件精度之间的非线性映射关系，通过MATLAB仿真实验确定网络模型的可靠性。

在此基础上，通过遗传算法对工艺参数进行优化，得到最优工艺参数条件下的成型件尺寸精度、翘曲变形，从而为获取合适的熔融沉积快速成型工艺参数提供了一种行之有效的途径。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种3D打印机控制系统，其特征在于：包括STM32主控模块、电源模块、限位开关模块、温度控制模块、人机交互模块、数据传输模块、电机驱动模块、断料检测模块以及断电续打模块；人机交互模块、数据传输模块与STM32主控模块连接，电源模块与断电续打模块连接，断电续打模块与STM32主控模块连接，温度控制模块与STM32主控模块连接，STM32主控模块与电机驱动模块连接，断料检测模块与STM32主控模块连接，限位开关模块与STM32主控模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印机控制系统，其特征在于：所述STM32主控模块为STM32 微控制器，是基于 ARM Cortex-M 为内核的高性能处理器，频率为72MHz，工作电压在2.2-3.6V，可用工作温度-40-85℃。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印机控制系统，其特征在于：所述电机驱动模块采用两相四线混合式步进电机，电机以24V 的电压进行工作，并保持1.7A的额定相电流，采用A4988驱动器作为驱动芯片。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印机控制系统，其特征在于：所述温度控制模块为采用传感器检测温度，通过定时器中断，对各传感器信号的有效获取，并采用电压模拟量的具体方式对信号进行传送，然后对之实施数字量转换，通过与相应的温度转换表进行对照，将数字量转变为相应的温度量，将温度量与相应参考温度进行对比，实现对温度的有效控制。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印机控制系统，其特征在于：所述人机交互模块实现用户和打印机之间的通信，用户在串口屏上选择U盘或SD卡中的文件进行打印，同时显示当前工作状态信息；此外，通过串口屏实现对打印参数的设置，实现脱机打印。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印机控制系统，其特征在于：所述断电续打模块为AC220V和开关电源的中转区，一端接插座220V，另一端接开关电源，通过继电器控制它们之间的通断。