并聯(lián)臂3D打印機(jī)介紹.doc

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1、并聯(lián)臂3D打印機(jī)控制篇1系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)流程圖：為了打印零件，首先用三維軟件生成零件。這些零件的表面可以用三角形面來(lái)表示，這種表示方法就是stl文件格式所采用的。生成stl文件，主要是作為一個(gè)中性文件，作為不同切片軟件的標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別方式。將生成好的stl文件在RepetierHost中進(jìn)行分層處理，變成機(jī)器能直接識(shí)別的G代碼。下圖為對(duì)一個(gè)方盒件，進(jìn)行切片處理。之后采用VB2010編寫上位機(jī)，采用串口通信的方式，將G代碼分條發(fā)送給機(jī)器。機(jī)器接收到加工指令后，進(jìn)行分析轉(zhuǎn)化成加工運(yùn)動(dòng)，將熔化的PLA線材分層打印，直至加工成完整零件。2底層電路的設(shè)計(jì)底層電路的設(shè)計(jì)采用模塊化連接

2、，這樣極大的減少了設(shè)計(jì)和焊接電路的工作量。以下為模塊連接圖：中心器件為STM32核心板，核心板整合了STM32最小系統(tǒng)。它所采用8MHz的外部晶振，經(jīng)過(guò)內(nèi)部倍頻，能達(dá)到72MHz。這樣的運(yùn)算速度完全可以控制機(jī)器的運(yùn)行。機(jī)器的電機(jī)選用42步進(jìn)電機(jī)，所采用驅(qū)動(dòng)芯片為A4988。A4988能直接驅(qū)動(dòng)小功率兩相四線步進(jìn)電機(jī)，能進(jìn)行最高16細(xì)分。A4988內(nèi)部含有電流快速衰減電路，很好的抑制了電機(jī)發(fā)熱，比原來(lái)采用L298N驅(qū)動(dòng)效果好得多。它的價(jià)格目前為10RMB左右，是性價(jià)比很高的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。在打印機(jī)的頂部有3個(gè)光電限位開關(guān)，主要用于開機(jī)使用時(shí)，保證每個(gè)同步帶運(yùn)行到相同

3、高度。底層的限位開關(guān)，用于檢測(cè)底面，保證打印機(jī)運(yùn)動(dòng)底面與機(jī)器承件底面一致。由于在底部的限位開關(guān)比加熱頭的高度要低，因而加熱頭會(huì)接觸不到承件底面，所以加設(shè)一個(gè)9g舵機(jī)。當(dāng)要檢測(cè)底面時(shí)，可以讓舵機(jī)將底層限位開關(guān)放下來(lái)；當(dāng)檢測(cè)完畢后，再將開關(guān)放到高處。3D打印機(jī)采用的塑料線材為PLA。PLA屬于晶體，它的融化溫度為200攝氏度左右。在打印零件時(shí)，需要保持溫度的恒定。測(cè)溫傳感器選用NTC100K熱敏電阻。該電阻在25攝氏度時(shí)，電阻為100k。溫度與電阻的關(guān)系大致可以描述為：Rt=R*EXP(B*(1/T1-1/T2))對(duì)上面的公式解釋如下：1.??Rt是熱敏電阻在T1溫度下

4、的阻值；2.??R是熱敏電阻在T2常溫下的標(biāo)稱阻值；3.?B值是熱敏電阻的材料常數(shù)；4.???EXP是e的n次方；5.????這里T1和T2指的是K度即開爾文溫度，K度=273.15(絕對(duì)溫度)+攝氏度；加熱管原本選用12V30W的，可是由于在開啟加熱管時(shí)，功率跳變太大，直接導(dǎo)致電機(jī)誤動(dòng)作。在加大濾波穩(wěn)流電容后，效果有所改變。但是，偶爾還有誤動(dòng)作。所以暫時(shí)選用24V30W的加熱管。由于還是采用12V的電源，則所輸出功率為原來(lái)的四分之一，即7.5W。這樣盡管加熱慢了，但是沒(méi)有原來(lái)的干擾。調(diào)溫采用PWM方式，所用的控制管為場(chǎng)效應(yīng)管IRF540。在送料的過(guò)程中，加熱頭要對(duì)

5、材料進(jìn)行加熱。但是加熱的線材長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，不然就會(huì)使線材在管喉中變軟，導(dǎo)致管喉堵塞。其原理可用下圖表示：管喉為鐵管，導(dǎo)熱能力很強(qiáng)。如果管喉過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)使溫度梯度拉長(zhǎng)變緩。所以盡量減短管喉的長(zhǎng)度。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終將管喉長(zhǎng)度定為5mm，剛能加一個(gè)固定螺母。管喉的上端接入四氟管。四氟管有很好的耐高溫和自潤(rùn)滑特性，導(dǎo)熱能力差。在管喉和四氟管的連接處加入一個(gè)散熱風(fēng)扇，在此處溫度梯度很陡峭，熱量上傳被阻斷。另一個(gè)風(fēng)扇安裝在加熱管底部的擠出頭的下方。由于200攝氏度的PLA線材從加熱塊流出后，還是熔融狀態(tài)，需要快速冷凝，才能形成致密平整的零件斷面和表面?？焖倮淠陀蔑L(fēng)扇散熱。最后

6、是機(jī)器的通訊設(shè)計(jì)。機(jī)械的通訊采用USB轉(zhuǎn)串口模塊，將數(shù)據(jù)與PC進(jìn)行對(duì)接。由于，為了節(jié)省成本，電源采用的是普通臺(tái)式機(jī)主機(jī)電源。這個(gè)電源的GND與USB的GND有0.5V的壓差，這就導(dǎo)致在高速通訊（57600pbs）時(shí)，出現(xiàn)亂碼。為了解決該問(wèn)題，則加入兩個(gè)高速光耦6N137。以下為制作完畢的電路：3程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)包括兩部分：一個(gè)是底層STM32代碼的編寫，另一個(gè)是上位機(jī)G代碼發(fā)送的設(shè)計(jì)。STM32代碼所用編譯環(huán)境為KeiluVision4。要編寫底層代碼，包括STM32的內(nèi)部硬件初始化、機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)初始化、加工參數(shù)初始化、串口通訊識(shí)別與指令執(zhí)行等。STM32內(nèi)部初始化

7、可分為系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、IO初始化、定時(shí)器和串口的初始化。STM32的系統(tǒng)時(shí)鐘可以設(shè)置為72MHz；IO的設(shè)置有控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、溫控驅(qū)動(dòng)、舵機(jī)和風(fēng)扇的推免輸出，讀取熱敏電阻的浮空輸入，串口的推免和上拉輸入等；定時(shí)器和串口的初始化及其中斷向量的設(shè)置。機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)初始化包括步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角、同步帶齒距、機(jī)架結(jié)構(gòu)、擠出齒輪直徑和線材直徑等參數(shù)的確定。串口從PC接收到的指令都是字符串形式的G代碼，STM32將這些字符串轉(zhuǎn)成相應(yīng)的指令，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。加工參數(shù)初始化主要是速度的設(shè)置。由于直接采用RepetierHost的速度運(yùn)行，將會(huì)出現(xiàn)很大的震動(dòng)，所以加入速度上限