3D打印计算机控制分析.doc

3D打印计算机控制系统硬件技术分析学院：计算机学院专业：计算机科学与技术1203学号：1208030331姓名：杨森l 计算机控制系统的组成3D打印装置3D扫描仪驱动元件驱动元件输入接口输出接口开关量输入接口开关量输出接口控制计算机接口显示器，键盘参数检测输出驱动输入输出通道人机联系设备控制计算机和我们常见到的打印机一样，3D打印机也是由控制计算机、参数检测和输出驱动、输入输出通道、人际联系设备这几个部分构成。计算机控制系统组成图1. 控制计算机它是计算机控制系统的核心，对输入信息进行分析处理，根据预先确定的控制规律发出控制命令。2. 参数检测和输出驱动被控对象需要检测的对象参数分为模拟量和开关量两类。模拟量通过传感器将参数转换为模拟量电信号，开关量表现为工作状态的参数检测，用开关型元件来完成。被控对象的输出驱动，按输出的控制信号形式可分为模拟量信号输出驱动，开光量输出驱动。模拟量输出驱动控制中，驱动元件根据模拟量输出控制指令的大小和变化，控制被控对象的启动停止，运动位置，运动速度，和加速度等；开关量主要用于控制只有两中工作状态的驱动元件的运行。3. 人际联络设备键盘，显示器。使用计算机键盘输入控制命令和指令数据，使用显示器显示运行状态和故障并帮助查找和诊断故障，运行中间的数据的检查，运行过程的统计等。我们将Adventurer 3D打印机拆解开来，对其主要元器件逐个进行分析。Adventurer3D打印机整体Adventurer3D打印机主要都由PC电源、主控电路、步进电机及控制电路、高温喷头和工件输出基板这几个部分组成，外面用木板来固定，采用非密闭式铸模平台。Adventurer 3D打印机相对比较高端，不仅能够通过USB连接线连接电脑进行打印控制，还能够插入储存有3D模型文件的SD卡，通过LCD打印控制界面来进行控制打印。从硬件结构上来说， Adventurer 3D打印机并不复杂，成本也并不是太高，其核心是一块采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微处理器的主电路板，通过这块主电路板将处理后的3D模型文件转换成X、Y、Z轴和喷头供料的步进电机数据，交给4个步进电机控制电路进行控制，然后让步进电机控制电路控制工件输出基板的X-Y平面移动、喷头的垂直移动和喷头供料的速度，比较精确地让高温喷头将原料融化后一层一层地喷在工件输出基板上，形成最终的实体模型。主电路板Adventurer 3D打印机由主电路板、4个步进电机控制电路板、1个喷头控制电路板构成主电路板采用标准的PC电源接口，所有步进电机控制电路板和喷头控制电路板所需的控制信号都由主电路板发出。l 计算机控制系统的基本要求和设计步骤基本要求是：可靠性高、操作性能好、通用性好、较高的经济指标设计步骤可总结为下图被控对象工艺工程分析确定控制方法硬件设计软件设计组装，接线系统调试调试和仿真真结束完成？硬件错？正确否？写入ROM调试硬件FTTTTFFT控制系统设计步骤l 计算机控制系统硬件设计控制系统硬件设计主要包括控制计算机的设计与选择，输入参数的检测和传感器的选择输出驱动方式和驱动元件的选择，人机联系方式的选择，最后生成控制系统控制原理图和接线图。下面主要叙述工业控制机的选择和设计。通常设计方法为组合式系统设计，根据控制任务，可以设计专用的控制系统，这样的系统更趋于标准化，模块化和组合化。采用组合式系统设计方法，用户可根据控制任务和要求，选择不同的功能模板，组合成计算机控制系统。它具有组态灵活，扩展升级容易，开发周期短，使用维护方便，可靠性高，性价比高等优点。控制计算机系统的选择主要考虑一下几个问题：1.机型选择。STD机，PC机，单片机标记适合运算量交大的模拟量为主的控制，程序开发较为容易。Adventurer 3D打印机以ATmega1280-16AU 8位AVR微处理器为核心的主电路板2.微处理器字长。现在控制微处理器（CPU）的字长有8位，16位，32位，64位。字长的长短主要影响数据运算的精确，指令书目，寻地址能力和执行操作的时间。数据位较长的可以得到较高的数据运算的精度，但操所时间较长。3.时钟频率。时钟频率决定计算机控制系统的运行速度，选用时要考虑与其他模板的匹配，能否使其他模板正常工作。3D打印任务庞大复杂，应选用较高的时钟频率。4.内存储器的容量。计算机控制系统工作时，内存储器存储系统软件，用户程序和运行数据，因此RAM的大小主要取决于用户程序及其运行时所需的空间。用户程序大小取决于控制任务的大小和复杂程度，选用RAM时应预留足够的内存空间。而3D模型的TCL数据文件较大，且运算复杂，应选用较大的RAM。单芯片的步进电机控制电路，结构也非常简单5.输入输出通道数。根据控制任务，分析被控对象的整个控制过程，确定不同模板的通道数，根据输入输出参数的性质，大小和要求，选择合适的I/O模板，进行通道分配。 Windows8.1 3D打印界面2013年微软推出的新系统windows8.1支持3D打印，让桌面电脑和打印机的合作成为现实。虽然有支持3D图形和模型的应用数据格式，然而它们缺失了许多3D打印所需的特性，比如对颜色和材料的支持。微软为处理特定的3D打印功能而创建了新的3D manufacturing Format(3MF)格式。3MF是一种基于XML的数据格式，其中包括与3D制造相关的数据定义、以及自定义数据的第三方扩展。3MF格式为Windows 8.1提供了对3D打印的坚实支持应用将3MF数据传递到Windows，然后Windows将数据绕到3D打印设备驱动上，基本上，当你通过Windows 8.1打印一个3D模型，从用户的角度来看，其实际过程就和使用激光打印机打印Word文档一样没什么差别。在创建了3D模型之后，用户前往Charms的设备，在打印机列表里选择要使用的那个，搞定选项之后，点击或触碰打印按钮就可以了。虽然主流的电脑操作系统已经对3D打印技术提供了支持，但是个方面的条件都对3D打印技术的优越性有所限制，专业的计算机控制系统依然有待研发和完善。3D打印机从上个世纪80年代发展到今天，走过了20多年，目前的技术确实能够实现高精度的3D打印，不过对于这种大众梦想中的高精度打印来说，设备成本和材料的成本非常高，远远超出了个人用户能够承受的范围。所以，即便我们看到有人通过3D打印机制造了枪支，有人通过3D打印机打出了汽车，但那至少是通过DLP激光成型技术或UV紫外线成型技术来实现了，而这种技术还不是个人用户用得起的。从3D打印技术的前景来看，3D打印确实有非常好的应用前景，我们甚至看到有科学家在尝试通过3D打印机复制皮肤和血管组织来修复人体创伤，不过对于普通用户和制造业来说，3D打印的大规模产业化时机还没有成熟。虽然现在航空业和汽车制造业在部分地采用3D打印技术，但其成本依然居高不下。所以真正的快速任意制造时代并未到来，这一技术的发展是曲折复杂