【《3D打印机的控制编程分析》3800字】

第第页3D打印机的控制编程分析目录TOC\o"1-3"\h\u40843D打印机的控制编程分析 1324051.1固件 1177651.2固件基本设置 3115991.3常用上位机控制软件 73D打印需要先通过建模软件建立模型，输出STL格式的文件，然后才能进行下一步的操作。3D打印机软件有：切片软件，上位机控制软件，以及主控板固件。(1)切片软件：能把STL文件按照层厚从Z轴分层，生成打印路径,得到G代码。(2)上位机控制软件：把动作指令传送到硬件,固件解释并执行命令。(3)主控板固件：固件分析并处理G代码命令，控制硬件执行命令。1.1固件3D打印机的控制电路板有多种，相应的固件种类也很多。现在较为主流的应用程序固件包括Sprinter、Grbl、Marlin、Smoothie、Teacup、Sailfish、Repetier等，使用得最多的应用固件是Sprinter和Marlin。1.Sprinter在3D打印机中,固件Sprinter使用相当广泛,尤其在早期的3D打印机中大量使用,并且很多优秀的固件是基于Sprinter改进的。Sprinter使用简单,兼容性好，性能高,其特性如下:1）支持SD卡。2）支持挤出机、挤出机速度控制。3）支持固定和指数加速度运动。4）支持打印加热床。2.GrblGrbl是一个低成本、高性能、高可靠数控铣床控制系统,但Grbl本身并不支持3D打印机挤出系统,需要自行改造。其特性如下:1）是简单高效的CNC控制系统(不需要并口)。2）可运行在Arduino环境下,代码采用模块化编程。3）高达30kHz驱动频率,驱动电路纯净无抖动。4）具有加速度预处理功能,可以保持高速运动,无停顿。3.MarlinMarlin固件开发很灵活，功能多，应用广，兼容性好。其特性如下:1）具有预加速、预处理功能。2）支持打印弧线。3）温度多倍采样技术和可变技术。4）软件具有EEPROM存储功能,可以轻松存储和随时修改自动打印机的各项基本参数。5）支持液晶屏功能。6）支持SD文件和文件夹打印。7）支持限位开关状态读取。1.Repetier固件Repetier基于Sprinter，重写了Sprinter80%的代码,继承了Sprinter的优点,更容易拓展新的功能，打印速度更快。编写Repetier时,开发人员添加了大量的注释和说明文档,使得Repetier更容易进行二次开发。其特性如下:1）支持多功能型液晶模块。2）打印路径提前规划,打印速度快。3）圆弧运动平滑自然。4）16MHz步进电动机驱动频率。5）连续监测打印头、加热床温度。6）运动控制融合了中断程序，可使下一条命令执行前提前准备。7）具有模拟打印功能（打印机运动而不挤出耗材,节省材料).5.Smoothie固件Smoothie最大的特点是运行在ARMCortex-M332位系统下，处理速度快,控制运动部分基于Grbl，运动性能更可靠,并且支持挤出机。Smoothie应用广泛，可以运行在mBed、LPCXpresso.SmoothieBoard、R2C2等基于LPC17xx芯片的控制电路板上。1.2固件基本设置1.2.1固件详细设置1．端口设置设置固件和上位机软件通信的波特率，—般为115200或者250000。高的波特率可以提高通信速率,但是会不稳定。上位机软件需要与固件的波特率一致。代码如下:#defineBAUDRATE250000250000表示固件和上位机控制软件的通信波特率为250000。2．控制电路板选择选择使用的控制电路板，“#defineMOTHERBOARD33”代表使用的是Ramps1.4控制电路板。代码如下：#ifndefMOTHERBOARD#defineMOTHERBOARD33#endif3．温度测量设置温度测量设置中需要设置热敏电阻类型和大小，Ramps1.4中使用的是1.7kΩ电阻。“#defineTEMP_SENSOR_O5”代表第一个挤出头使用ATCSemitec104GT-2型号的热敏电阻，使1.7kΩ的电阻与之串联。“#defineTEMP_SENSOR_BED5”代表3D打印机加热床使用的温度传感器类型。主要代码如图4-1所示：图4-1温度测量控制代码1.2.2机械设置1．限位开关设置限位开关有常开和常闭两种接线方式。X_MIN、Y_MIN、Z_MIN和X_MAX、Y_MAX、Z_MAX分别代表了X、Y、Z轴最小和最大的位置。2．步进电动机设置设置步进电动机运转的方向，通过修改“true”或“false”来实现。代码如下：#defineINVERT_X_DIRtrue#definelNVERT_Y_DIRfalse#defineINVERT_Z_DIRtrue#defineINVERT_EO_DIRfalse#defineINVERT_E1_DIRfalse#definelNVERT_E2_DIRfalse3.X、Y、Z轴归位方向设置设置X、Y、Z轴归位方向，“-1”和“1”分别代表朝最小和最大位置移动。代码如下：#defineX_HOME_DIR−1#defineY_HOME_DIR−1#defineZ_HOME_DIR−14．步进电动机行程设置设置X、Y、Z轴运动的最大行程,“200”代表最大行程为200mm。代码如下：#defineX_MAX_POS200#defineX_MIN_POS0#defineY_MAX_POS200#defineY_MIN_POS0#defineZ_MAX_POS200#defineZ_MIN_POS05．各轴移动速度距离设置设置归位速度，速度过高，会造成堵转，适当调整大小以使其正常运转。50*60、50*60、4*60、0代表X、Y、Z、E轴步进电机的速度。代码如下：#defineHOMING_FEEDRATE{50∗60，50∗60，4∗60，0}6．设置步进电动机行进距离“#defineDEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT{78.7402,78.7402,200.0*8/3，760*1.1}”这些参数决定3D打印机运动的准确性。程序是通过移动每毫米所发送的脉冲数来计算的，这时就需要用户计算每毫米所发送的脉冲数。X、Y、Z、E四轴大多有三种传动模式，同步带传动、丝杠传动、挤出齿轮直接驱动。X、Y轴普遍使用同步带传动，同步带传动的公式为步进电动机转一圈的步数∗细分数/(同步带轮齿数∗同步带齿距)（4-1）其中，1.8°步进电机转一圈为200，细分数为16细分，其计算原理同为转一圈所使用的总脉冲数除去转一圈同步带行进的距离。Z轴使用丝杠传动方式，丝杠传动的计算公式为：步进电动机转一圈的步数∗细分数/丝杠的导程（4-2）其中,丝杠的导程为丝杠转一圈螺母所行进的距离。E轴挤出机大多直接驱动挤出齿轮，也有通过减速装置来驱动有效挤出齿轮的,挤出齿轮的计算公式为：(步进电动机转一圈的步数∗细分数/减速比)/(有效挤出齿直径∗T)（4-3）其中，无减速电动机减速比为1，有效挤出齿直径为挤丝处直径，T大多取3.14。以上参数中，“78.7402”代表X、Y轴单位脉冲数，“200.0*8/3”代表Z轴单位脉冲数，“760*1.1”代表E轴挤出机单位脉冲数。代码如图4-2所示：图4-2步进电机配置代码7.附加功能1）EEPROM设置:EEPROM为机器参数,可在未上传固件时，调整机器的参数并永久保存。代码如图4-3所示:图4-3EEPROM设置代码2）液晶显示屏设置:常用的ReprapDiscountSmartController类型液晶显示屏,需要修改成“#defineREPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER”。代码如图4-4所示：图4-4显示屏设置代码1.2.3固件上传固件上传步骤如下:第一步:选择使用的控制电路板。第二步:选择控制电路板对应的端口号。第三步:单击“上传”按钮。图4-1为固件详细设置。图4-1固件详细设置1.3常用上位机控制软件上位机控制软件当中功能多的种类比较多，有基于Processing的软件ReplicatorG，还有功能强大的Pronterface、Repetier-Host等。1.3.1Pronterface控制软件Pronterface是一款可视化的3D打印机控制软件，支持、使用输入命令和执行代码的、形式控制打印机,采用Slic3r代码作为软件默认代码，因此在使用Pronterface时的控制面板可用来连接打印机、移动轴、设置和实时监控打印温度以及实时对模型进行分层。1．端口选择打印机对应的端口（Port)，选择正确的波特率。2.X、Y、Z轴手动移动速度X、Y轴手动移动速度应设置在1000-5000，如果是Prusa3D打印机，Z轴手动移动速度设置在100-300；如果是Kossel等类型3D打印机，Z轴手动移动速度设置在1000-5000。“Motorsoff”按钮为关闭所有步进电动机。3．打印机手动控制通过指示控制3D打印机X、Y轴的前进和后退，Z轴的上升和下降。4．设置温度“Heat”为挤出头温度,“Bed”为热床温度，“Set”加热到预设温度,“Off”关闭加热。5．设置挤出、回退“Extrude”“Reverse”分别为材料挤出、回退。“mm”设定挤出和回退距离，“mm/min”设定挤出和回退速度。6．温度显示“T”为挤出头实时温度/目标温度,“B”为热床实时温度/目标温度。7．其他手动功能常用的是“INITSD”初始化SD卡，“FANON”打开关闭风扇，“GETPOS”获取当前打印头位置。8．功能菜单“Reset”重启（如果载入了stl文件会自动重新生成G代码),“Loadfile”载入文件，“Compose”预打印，“SD”选择SD卡的文件进行打印,“Print”“Pause”“Resume”“Restart”分别控制打印机开始、暂停、恢复和重打。9．命令控制台命令控制台可以发送命令直接控制3D打印机。例如，在控制台输入“M119”命令，控制台会返回X、Y、Z限位开关触发的状态;控制台输入“G28”命令，打印头会移动到起始位置。[10]1.3.2Repetier控制软件Repetier-Host是一款上位机控制软件，支持中文显示，集成了3D打印模型显示、编辑、切片、控制，参数实时显示，功能全面。可以实时模拟显示3D打印机打印过程中移动轨迹和温度变化信息。可以通过可视化方式查看切片软件生成的代码信息,以及打印机实际打印的运动路径，并可以分层查看。1．连接3D打印机Repetier-Host软件会自动识别3D打印设备的端口,只需单击“连接”按钮旁的下拉菜单选择端口即可。2．载入3D打印模型单击菜单栏“载入”按钮,选择“3D打印模型文件”，模型会自动显示在“3D窗口”中。通过窗口右侧“物体放置”菜单栏可以调整3D打印模型在3D打印机平台中的摆放位置,并且可以对3D打印模型进行平移、缩放、旋转和剪切操作。通过窗口右侧“物体放置”菜单还可以增加多个模型,并可以调整模型的顺序，增加或者删除某个模型。还可以把多个模型保存成一个模型文件，方便下次打印。3.3D窗口显示3D窗口可以显示3D打印模型三维图或者二维图的各个面，并且可以通过左侧的工具栏实现对打印模型的放大、缩小、移动，以及不同角度的查看。[7]4．代码生成器Repetier-Host这是上位机操作软件中的内置系统集成了所有slic3r、skeinfore两种上位切片操作软件，可以通过“参数配置”对Slic3r、Skeinfore切片软件设置适合自己3D打印机的各项参数。单击“开始生成代码”软件会自动生成G-code代码,并自动跳转到“代码编辑”菜单。左侧的“3D窗口”会自动生成3D打印模型对应的3D打印路径信息。5．代码编辑“代码编辑”选项卡可以编辑上一步生成的G-code代码,并且可以通过“可视化”选