并联臂3D打印机介绍.doc

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1、并联臂3D打印机控制篇1系统工作流程系统流程图：为了打印零件，首先用三维软件生成零件。这些零件的表面可以用三角形面来表示，这种表示方法就是stl文件格式所采用的。生成stl文件，主要是作为一个中性文件，作为不同切片软件的标准识别方式。将生成好的stl文件在RepetierHost中进行分层处理，变成机器能直接识别的G代码。下图为对一个方盒件，进行切片处理。之后采用VB2010编写上位机，采用串口通信的方式，将G代码分条发送给机器。机器接收到加工指令后，进行分析转化成加工运动，将熔化的PLA线材分层打印，直至加工成完整零件。2底层电路的设计底层电路的设计采用模块化连接

2、，这样极大的减少了设计和焊接电路的工作量。以下为模块连接图：中心器件为STM32核心板，核心板整合了STM32最小系统。它所采用8MHz的外部晶振，经过内部倍频，能达到72MHz。这样的运算速度完全可以控制机器的运行。机器的电机选用42步进电机，所采用驱动芯片为A4988。A4988能直接驱动小功率两相四线步进电机，能进行最高16细分。A4988内部含有电流快速衰减电路，很好的抑制了电机发热，比原来采用L298N驱动效果好得多。它的价格目前为10RMB左右，是性价比很高的步进电机驱动芯片。在打印机的顶部有3个光电限位开关，主要用于开机使用时，保证每个同步带运行到相同

3、高度。底层的限位开关，用于检测底面，保证打印机运动底面与机器承件底面一致。由于在底部的限位开关比加热头的高度要低，因而加热头会接触不到承件底面，所以加设一个9g舵机。当要检测底面时，可以让舵机将底层限位开关放下来；当检测完毕后，再将开关放到高处。3D打印机采用的塑料线材为PLA。PLA属于晶体，它的融化温度为200摄氏度左右。在打印零件时，需要保持温度的恒定。测温传感器选用NTC100K热敏电阻。该电阻在25摄氏度时，电阻为100k。温度与电阻的关系大致可以描述为：Rt=R*EXP(B*(1/T1-1/T2))对上面的公式解释如下：1.  Rt是热敏电阻在T1温度下

4、的阻值；2.  R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值；3. B值是热敏电阻的材料常数；4.   EXP是e的n次方；5.    这里T1和T2指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度；加热管原本选用12V30W的，可是由于在开启加热管时，功率跳变太大，直接导致电机误动作。在加大滤波稳流电容后，效果有所改变。但是，偶尔还有误动作。所以暂时选用24V30W的加热管。由于还是采用12V的电源，则所输出功率为原来的四分之一，即7.5W。这样尽管加热慢了，但是没有原来的干扰。调温采用PWM方式，所用的控制管为场效应管IRF540。在送料的过程中，加热头要对

5、材料进行加热。但是加热的线材长度不能过长，不然就会使线材在管喉中变软，导致管喉堵塞。其原理可用下图表示：管喉为铁管，导热能力很强。如果管喉过长，就会使温度梯度拉长变缓。所以尽量减短管喉的长度。经过反复试验，最终将管喉长度定为5mm，刚能加一个固定螺母。管喉的上端接入四氟管。四氟管有很好的耐高温和自润滑特性，导热能力差。在管喉和四氟管的连接处加入一个散热风扇，在此处温度梯度很陡峭，热量上传被阻断。另一个风扇安装在加热管底部的挤出头的下方。由于200摄氏度的PLA线材从加热块流出后，还是熔融状态，需要快速冷凝，才能形成致密平整的零件断面和表面。快速冷凝就用风扇散热。最后

6、是机器的通讯设计。机械的通讯采用USB转串口模块，将数据与PC进行对接。由于，为了节省成本，电源采用的是普通台式机主机电源。这个电源的GND与USB的GND有0.5V的压差，这就导致在高速通讯（57600pbs）时，出现乱码。为了解决该问题，则加入两个高速光耦6N137。以下为制作完毕的电路：3程序设计程序设计包括两部分：一个是底层STM32代码的编写，另一个是上位机G代码发送的设计。STM32代码所用编译环境为KeiluVision4。要编写底层代码，包括STM32的内部硬件初始化、机械结构参数初始化、加工参数初始化、串口通讯识别与指令执行等。STM32内部初始化

7、可分为系统时钟初始化、IO初始化、定时器和串口的初始化。STM32的系统时钟可以设置为72MHz；IO的设置有控制电机驱动芯片、温控驱动、舵机和风扇的推免输出，读取热敏电阻的浮空输入，串口的推免和上拉输入等；定时器和串口的初始化及其中断向量的设置。机械结构参数初始化包括步进电机的步进角、同步带齿距、机架结构、挤出齿轮直径和线材直径等参数的确定。串口从PC接收到的指令都是字符串形式的G代码，STM32将这些字符串转成相应的指令，并执行相应的动作。加工参数初始化主要是速度的设置。由于直接采用RepetierHost的速度运行，将会出现很大的震动，所以加入速度上限