并聯(lián)臂3D打印機介紹.doc

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1、并聯(lián)臂3D打印機控制篇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，主要是作為一個中性文件，作為不同切片軟件的標準識別方式。將生成好的stl文件在RepetierHost中進行分層處理，變成機器能直接識別的G代碼。下圖為對一個方盒件，進行切片處理。之后采用VB2010編寫上位機，采用串口通信的方式，將G代碼分條發(fā)送給機器。機器接收到加工指令后，進行分析轉(zhuǎn)化成加工運動，將熔化的PLA線材分層打印，直至加工成完整零件。2底層電路的設計底層電路的設計采用模塊化連接

2、，這樣極大的減少了設計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)過內(nèi)部倍頻，能達到72MHz。這樣的運算速度完全可以控制機器的運行。機器的電機選用42步進電機，所采用驅(qū)動芯片為A4988。A4988能直接驅(qū)動小功率兩相四線步進電機，能進行最高16細分。A4988內(nèi)部含有電流快速衰減電路，很好的抑制了電機發(fā)熱，比原來采用L298N驅(qū)動效果好得多。它的價格目前為10RMB左右，是性價比很高的步進電機驅(qū)動芯片。在打印機的頂部有3個光電限位開關，主要用于開機使用時，保證每個同步帶運行到相同

3、高度。底層的限位開關，用于檢測底面，保證打印機運動底面與機器承件底面一致。由于在底部的限位開關比加熱頭的高度要低，因而加熱頭會接觸不到承件底面，所以加設一個9g舵機。當要檢測底面時，可以讓舵機將底層限位開關放下來；當檢測完畢后，再將開關放到高處。3D打印機采用的塑料線材為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，需要保持溫度的恒定。測溫傳感器選用NTC100K熱敏電阻。該電阻在25攝氏度時，電阻為100k。溫度與電阻的關系大致可以描述為：Rt=R*EXP(B*(1/T1-1/T2))對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，功率跳變太大，直接導致電機誤動作。在加大濾波穩(wěn)流電容后，效果有所改變。但是，偶爾還有誤動作。所以暫時選用24V30W的加熱管。由于還是采用12V的電源，則所輸出功率為原來的四分之一，即7.5W。這樣盡管加熱慢了，但是沒有原來的干擾。調(diào)溫采用PWM方式，所用的控制管為場效應管IRF540。在送料的過程中，加熱頭要對

5、材料進行加熱。但是加熱的線材長度不能過長，不然就會使線材在管喉中變軟，導致管喉堵塞。其原理可用下圖表示：管喉為鐵管，導熱能力很強。如果管喉過長，就會使溫度梯度拉長變緩。所以盡量減短管喉的長度。經(jīng)過反復試驗，最終將管喉長度定為5mm，剛能加一個固定螺母。管喉的上端接入四氟管。四氟管有很好的耐高溫和自潤滑特性，導熱能力差。在管喉和四氟管的連接處加入一個散熱風扇，在此處溫度梯度很陡峭，熱量上傳被阻斷。另一個風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扇散熱。最后

6、是機器的通訊設計。機械的通訊采用USB轉(zhuǎn)串口模塊，將數(shù)據(jù)與PC進行對接。由于，為了節(jié)省成本，電源采用的是普通臺式機主機電源。這個電源的GND與USB的GND有0.5V的壓差，這就導致在高速通訊（57600pbs）時，出現(xiàn)亂碼。為了解決該問題，則加入兩個高速光耦6N137。以下為制作完畢的電路：3程序設計程序設計包括兩部分：一個是底層STM32代碼的編寫，另一個是上位機G代碼發(fā)送的設計。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、機械結(jié)構(gòu)參數(shù)初始化、加工參數(shù)初始化、串口通訊識別與指令執(zhí)行等。STM32內(nèi)部初始化

7、可分為系統(tǒng)時鐘初始化、IO初始化、定時器和串口的初始化。STM32的系統(tǒng)時鐘可以設置為72MHz；IO的設置有控制電機驅(qū)動芯片、溫控驅(qū)動、舵機和風扇的推免輸出，讀取熱敏電阻的浮空輸入，串口的推免和上拉輸入等；定時器和串口的初始化及其中斷向量的設置。機械結(jié)構(gòu)參數(shù)初始化包括步進電機的步進角、同步帶齒距、機架結(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)成相應的指令，并執(zhí)行相應的動作。加工參數(shù)初始化主要是速度的設置。由于直接采用RepetierHost的速度運行，將會出現(xiàn)很大的震動，所以加入速度上限