[發明專利]一種3D打印機控制系統

在審

• 申請號: 201510616166.0
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號: CN105224265A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 潘建輝;畢毅君
• 申請（專利權）人: 天津麗彩數字技術有限公司
• 主分類號: G06F3/12
• 分類號: G06F3/12
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明涉及3D打印機技術領域，尤其涉及一種3D打印機控制系統。

背景技術

3D打印是一種以數字模型文件為基礎，以粉末狀金屬或塑料等具有可粘性物質為材料，通過逐層打印的方式塑造模型的技術，是快速成型技術的一種。3D打印機是快速成型技術的一種裝置，它由控制組件、機械組件、耗材等組成。模型打印的精度和效果主要由控制組件決定。控制組件控制噴頭溫度，當噴頭溫度在打印過程中不能保持恒定時會影響耗材的擠絲效果，嚴重時導致耗材變性，最終造成噴頭堵塞；控制組件控制熱床溫度，當熱床溫度過高或過低時影響模型在打印平臺的粘附效果；控制組件控制各定位軸運動，當運動之間銜接不緊密，定位不準易造成運動沖擊，模型過加工等；控制組件控制擠出機擠絲，當擠絲長度控制不精確時易使打印的模型耗材量不足或過多，影響打印效果。控制組件的控制功能主要由控制系統實現，現有的雙噴頭3D打印機控制系統電路結構比較復雜，通常采用多個DSP或者多個FPGA加ARM的形式作為核心控制器，再加上各個功能外設組成整個控制系統，從而導致控制系統過于復雜，控制系統過于復雜不但增加器件功耗還不利于器件散熱，影響控制器的功能和壽命，同時也使成本較高。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種3D打印機控制系統。本發明的目的是為了簡化控制器的控制結構，延長打印機各器件的使用壽命，降低控制器的制板成本和運行功耗。

本發明實現上述目的是通過以下技術方案實現的：

一種3D打印機控制系統，包括一用于控制打印設備和與外接設備進行交互的微控制單元MCU，微控制單元MCU分別連接USB接口、SD卡接口、X軸原點傳感器、Y軸原點傳感器、Z軸原點傳感器、旋轉編碼器、熱床溫度傳感器、噴頭1溫度傳感器、噴頭2溫度傳感器、X軸電機驅動、Y軸電機驅動、Z軸電機驅動、擠出機1驅動、擠出機2驅動、風扇1、風扇2、熱床加熱器、噴頭1加熱器、噴頭2加熱器和OLED屏。

在上述技術方案中，所述微控制單元MCU選用ATMEGA2560芯片。

在上述技術方案中，USB接口電路通過ATMEGA16U2芯片與微控制單元MCU的UART0發送引腳和接收引腳連接，形成UART總線接口，實現USB通信。

在上述技術方案中，SD卡接口電路通過連接器與微控制單元MCU的SPI總線主控輸入和輸出引腳、SPI總線串行時鐘引腳、SPI從動選擇輸入引腳和外部存儲器地址鎖存使能引腳連接，形成SPI總線接口。

在上述技術方案中，熱床溫度傳感器、噴頭1溫度傳感器和噴頭2溫度傳感器均選用PT100溫度傳感器。

在上述技術方案中，X軸電機驅動、Y軸電機驅動、Z軸電機驅動、擠出機1驅動和擠出機2驅動所選的電機驅動芯片均為A4988高精度電機驅動芯片。

所述的3D打印機控制器的運行方法：

微控制單元MCU通過USB接口與外部設備進行交互通信，微控制單元MCU接收外部設備發送的控制命令，控制與其相連的各個功能外設，實現打印機的聯機控制功能；

微控制單元MCU通過SD卡接口與SD卡連接，SD卡中存儲有包含了噴頭和熱床需要移動的坐標位置參數和移動速度參數、擠出機的擠絲長度參數和擠絲速度參數、風扇的開啟程度參數、加熱器的加熱溫度參數的模型打印控制命令；首先通過X軸原點傳感器、Y軸原點傳感器和Z軸原點傳感器進行原點校準；然后微控制單元MCU讀取并解析SD卡中的模型打印控制命令中的加熱溫度參數對熱床加熱器、噴頭1加熱器、噴頭2加熱器進行控制，使熱床和噴頭達到預設溫度；之后微控制單元MCU讀取并解析SD卡中的模型打印控制命令中的噴頭和熱床移動坐標位置參數和移動速度參數、擠絲長度參數和擠絲速度參數控制各軸電機和擠出機運動實現模型打印，同時解析風扇開啟程度參數控制風扇開啟程度實現對打印模型的冷卻；在打印過程中熱床溫度傳感器、噴頭1溫度傳感器和噴頭2溫度傳感器分別實時地向微控制單元MCU發送溫度檢測信號對熱床、噴頭1和噴頭2的溫度進行實時監測，MCU根據檢測溫度信號分別控制熱床、噴頭1和噴頭2的加熱器，實現打印機的溫度控制功能。

微控制單元MCU和旋轉編碼器、OLED屏連接進行人機交互，可以實現對風扇、各軸電機、擠出機以及噴頭和熱床加熱器的檢測維修功能：

旋轉編碼器向微控制單元MCU發送脈沖電信號，微控制單元MCU根據當前的打印機狀態(OLED屏顯示為調節風扇開啟程度的界面)，解析接收的脈沖電信號，觸發風扇開啟程度事件，向風扇接口電路發送風扇開啟程度參數，同時更新OLED屏的界面信息，顯示最新的風扇開啟程度參數；