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详细解读3D打印机运动控制原理

未知 2019-05-26 11:47

  和通常我们见到的打印机一样,3D打印机也是由控制电路、驱动电路、数据处理电路、电源及输入输出模块这几个部分构成。重庆大学自动化学院罗克韦尔实验室将闪铸AdventurerⅢ3D打印机拆解开来,对其主要元器件逐个进行分析。

  从外观来看,采用FDM熔融层积成型技术面相的个人消费者的3D打印机的结构并不复杂,甚至有点简陋,不过也正是这样的原因才能够将3D打印机的价格从几万甚至几十万美元降低到几千元人民币。目前,消费级的3D打印机主要都由PC电源、主控电路、步进电机及控制电路、高温喷头和工件输出基板这几个部分组成,外面用木板来固定,采用非密闭式铸模平台。我们测试的这款闪铸AdventurerⅢ3D打印机相对比较高端,不仅能够通过USB连接线连接电脑进行打印控制,还能够插入储存有3D模型文件的SD卡,通过LCD打印控制界面来进行控制打印。

  工作中的闪铸AdventurerⅢ3D打印机,其X轴和Y轴采用皮带传动,Z轴为精度更高的螺杆传动,左侧的白色塑料丝就是3D打印的原材料。

  我们可以看到其核心是一块采用ATmega1280-16AU(16MHz)8位AVR微处理器的主电路板,通过这块主电路板将处理后的3D模型文件转换成X、Y、Z轴和喷头供料的步进电机数据,交给4个步进电机控制电路进行控制,然后让步进电机控制电路控制工件输出基板的X-Y平面移动、喷头的垂直移动和喷头供料的速度,比较精确地让高温喷头将原料(ABS塑料丝)融化后一层一层地喷在工件输出基板上,形成最终的实体模型。

  从硬件结构上来说,闪铸AdventurerⅢ3D打印机并不复杂,成本也并不是太高,据重庆大学自动化学院副院长林景栋教授介绍其主控制电路成本也就100元左右,一套步进电机和控制电路的成本也在100元左右,可加热的工件输出基板和喷头成本也不是太高。在得知它配备的航嘉磐石355电源售价超过200元后,自动化学院的廖孝勇老师笑着对我们说,这个电源可能是这款打印机里面硬件成本最高的配件。

  原本直径为1.7mm的ABS塑料丝经过温度高达225℃的高温喷头,喷出直径为0.4mm的细丝

  步进电机控制高温喷头将融化后的ABS塑料丝喷在110℃输出基板上,将输出模型的底板固定,然后开始逐层打印

  闪铸AdventurerⅢ3D打印机由主电路板、4个步进电机控制电路板、1个喷头控制电路板构成

  主电路板采用标准的PC电源接口,所有步进电机控制电路板和喷头控制电路板所需的控制信号都由主电路板发出

  以ATmega1280-16AU8位AVR微处理器为核心的主电路板

  单芯片的步进电机控制电路,结构也非常简单

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