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一种小型FDM三维打印机控制系统研究与实现

卞扬清  
【摘要】:3D打印技术是一项新兴的制造技术,因具有原料利用率高,可制造复杂结构等优点,在机械、教育、生物医学等领域得到广泛应用。随着3D打印技术进入民用领域,轻量化、低成本的3D打印机的市场需求不断扩大。本文基于ARM技术,并首次将Android应用到3D打印中,开发小型FDM式3D打印机控制系统。首先,本文在功能需求分析的基础上提出PC+Android模块+ARM的控制系统结构,给出控制系统总体框架设计,包括四个部分:温度控制模块、电机驱动模块、人机交互模块和数据读取模块。提出了时间片轮询法和定时器驱动相结合的任务调度方法。其次,阐述四个模块的软件实现方法。(1)温度控制模块,采用PID算法,实现对喷头温度的精确控制。(2)电机驱动模块,设计打印数据处理流程,制定速度曲线优化方法并予以实施,采用Bresenham算法实现多维步进电机协同运动。(3)人机交互模块分两部分。基于LCD+KEY的人机交互中,本文提出按键读取流程和一种面向对象的LCD多级菜单的设计方法;基于Android的人机交互包括本地端和远程端,本文制定微处理器与本地端间、本地端与远程端间两个通信协议并进行实现。(4)数据读取模块包括U盘和SD卡两部分,基于STM32的SDIO硬件接口实现对SD卡的读取,移植文件系统对数据进行管理;基于USB总线接口芯片CH376实现U盘的读取。最后,本文进行步进电机直线运动测试和打印效果试验。电机测试结果表明,电机驱动模块能准确控制多维步进电机,实现直线运动;打印试验显示,本文开发的控制系统能成功的打印三维模型,并具有较好的粗糙度、细节表现能力和尺寸精度。本文在实现基本打印功能的基础上,首次将Android引进到3D打印技术中,丰富3D打印机的功能,满足市场对低成本的小型3D打印机的需求。


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