DMOS 微步驱动器A4988应用:一种3D打印机的控制系统

分类: 打印机驱动百科 发布时间:2019-02-04 17:51

DMOS 微步驱动器A4988应用:一种3D打印机的控制系统、

(72 )发明人 张万军

( 54 )发明名称 一种3D打印机的控制系统

( 57 )摘要 本发明公开了一种3D打印机的控制系统,包括热床加热模块、外设装置、3D打印机控制器、3D打印头温度控制模块、零位传感器模块、电机控制模块;所述的3D打印机控制器包括Mega2560控制模块、A4988驱动模块、定时/中断模块,所述的Mega2560控制模块作为一种基于嵌入式平台3D打印机的控制系统的主控模块;所述的A4988驱动模块,用于驱动4个步进电机以达到控制3D打印机喷头的目的;所述的3D打印机控制器,左端分别与热床加热模块、外设装置相连,实现3D打印头的熔化金属材料及人机交互式的对话;右端分别与3D打印头温度控制模块、零位传感器模块、电机控制模块相连,实现3D打印机的远程喷墨打印控制。本控制系统采用开源的结构设计,具有成本低、精度高、控制效果好的优点。

一种3D打印机的控制系统

技术领域 [0001] 本发明属于机械工程、计算机控制、CAD、传感技术、嵌入式技术、检测技术、激光材 料技术的领域,具体涉及3D打印机的控制系统,更具体的说,涉及一种3D打印机的控制系 统。 背景技术 [0002] 3D打印技术是机械工程、计算机控制、CAD、数控技术、激光材料技术,是目前较为 先进的激光快速成形技术。3D打印技术也是一种典型的高新技术。 [0003] 快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法(部分去除大于工件的毛坯上的材 料来得到工件),而采用全新的“增长”堆积法(用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件,将复 杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合),因此,它不必采用传统的加工机床和工模 具,只需传统加工方法的10%~30%的工时和20%~35%的成本,就能直接制造出产品样 品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势,所以近年来发展迅速,已成为现代先进制造 技术中的一项支柱技术,是实现并行工程CE(Concurrent Engineering)必不可少的手段。 [0004] 传统模式的制造业进行的是一种高成本、低产量、周期长的生产模式,导致产品的 零售价格,而工资的增长比率比物价上涨的幅度低,而且批量生产模式难以满足日益个性 化的用户需求,需求导向的社会化生产将更具优势。从新经济角度,3D打印的“制造+服务” 模式会改变人类现有的生活方式。在新经济的发展过程中,通过持续的科技创新和劳动力 水平提升,面向人们基本生存需要的农业和制造业的占比日益降低,以满足人类更高层次 需求为目的的服务业愈发重要。随着生产力水平的提升,人们开始在集约生产带来的同质 化消费之上追求更高层次的个性化、定制化服务。新媒体、社交网络满足了人类在精神层面 的个性化需求,而3D打印正是实现物质个性化的最佳解决方案。 [0005] 3 D打印技术俗称为快速成形技术,又称快速原型制造(Ra pid Pro to ty ping Manufacturing,简称RPM)技术,它是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近20 年来制造领域的一个重大成果。3D打印(3Dprinting)是制造业领域正在迅速发展的一项新 兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是:应用 计算机软件,设计出立体的加工样式,然后通过特定的成型设备(俗称“3D打印机”),用液 化、粉末化、丝化的固体材料逐层“ 打印”出产品。3 D 打印是“ 增材制造” (AdditiveManufacturing)的主要实现形式。 [0006] 3D打印技术的优点: (1)、无需模具就能成型,也不需要机械加工,就能直接从设计好的计算机图形数据中 生成任何形状的物体。而传统的制造业最核心的一个环节就是要造模,很多高端产品能够 设计出来,最大的困难是生产不出来成品,原因就出在造模环节,且耗时很长。而3D打印机 则跨越了造模这个环节。 [0007] (2)、3D打印,即增量制造,也称作快速成型技术,是基于材料累加原理的快速成型 操作过程,将计算机中的三维模型通过向物品分层添加材料来创造出实物的一种叠层制造 技术,具有不受零件复杂程度限制、完全数字化控制等特点;而传统的制造业是减量制造, 先做一个大的框架,然后根据需要减去不需要的部分。所以3D打印可以节约90%左右的材 料。 [0008] (3)、这种技术是带有一种变革性的,短流程、低成本、数字化、高性能的制备构建 制造一体化的技术。对构建的制造是重要的,尤其是这种技术一部分高性能难加工构建技 术的革命,潜力巨大。 [0009] 3D打印技术的存在的问题: 任何一个产品都应该具有功能性,而如今由于受材料等因素限制,通过3D打印制造出 来的产品在实用性上要打一个问号。 [0010] (1)、强度问题:房子、车子固 然能“打印”出来,但是否能抵挡得住风雨,是否能在 路上顺利跑起来; (2)、精度问题:由于分层制造存在“台阶效应”,每个层次虽然很薄,但在一定微观尺度 下,仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”,如果需要制造的对象表面是圆弧形,那么就会 造成精度上的偏差; (3)、材料的局限性:目前供3D打印机使用的材料非 常有限,无外乎石膏、无机粉料、光 敏树脂、塑料等。能够应用于3D打印的材料还是很单一,以塑料为主, 并且打印机对单一材 料也非常挑剔。 [0011] 近年来,3D打印机的控制系统有了很大的提高,但传统的3D打印机的控制系统,存 在以下一些缺点: (一)、传统的3D打印机的控制系统没有采用组合式结构,其结构不包括热床加热模块、 外设装置、3D打印机控制器、3D打印头温度控制模块、零位传感器模块、电机控制模块,其结 构复杂,加工效率低下; (二)、传统的3D打印机的控制系统没有采用嵌入式平台3D打印机的控制系统,而是3D 打印的效率低下,精度不高; (三)、传统的3D打印机的控制系统没有采用显示模块、电源模块、存储器、通讯模块,不 能实现3D打印头的熔化金属材料及人机交互式的对话的控制; (四)、传统的3D打印机的控制系统没有采用蓝牙模块、Wifi模块,不能实现数据的无线 传输远程控制功能; (五)、传统的3D打印机的控制系统没有采用z轴方向电机控制模块、水平方向电机控制 模块,不能实现金属材料的z轴3D逐层打印及x轴、y轴平面的3D打印; (六)、传统的3D打印机的控制系统没有采用Mega2560控制模块、A4988驱动模块、定时/ 中断模块,不能实现3D打印机的快速控制,不能节省了人力,生产效率较低,更不能够产生 很好的经济效益和社会效益。

发明内容

[0014] 本发明是为了克服上述不足,给出了一种3D打印机的控制系统。 [0015] 本发明的技术方案如下: 一种3D打印机的控制系统,包括热床加热模块、外设装置、3D打印机控制器、3D打印头 温度控制模块、零位传感器模块、电机控制模块;所述的3D打印机控制器包括Mega2560控制 模块、A4988驱动模块、定时/中断模块,所述的Mega2560控制模块作为一种3D打印机的控制 系统的主控模块;所述的A4988驱动模块,用于驱动4个步进电机以达到控制3D打印机喷头 的目的;所述的3D打印机控制器,左端分别与热床加热模块、外设装置相连,实现3D打印头 的熔化金属材料及人机交互式的对话;右端分别与3D打印头温度控制模块、零位传感器模 块、电机控制模块相连,实现3D打印机的远程喷墨打印控制;所述的热床加热模块,通过加 热电路使热床具有一定的温度,使得3D打印物体能够更好地附着在热床上,完成金属材料 的3D打印。 [0016] 所述的外设装置包括显示模块、电源模块、存储器、通讯模块。 [0017] 所述的显示模块采用LCD显示器,所述的LCD显示器安装在外设装置的前端,用于 显示一种3D打印机的控制系统的打印全过程的打印信息。 [0018] 所述的电源模块包括电源供电装置、数据线、充电器,所述的电源模块还安装在在 外设装置的内测,用于显示一种3D打印机的控制系统的充电。 [0019] 所述的存储器包括SD卡、SDRAM,用于存储器一种3D打印机的控制系统金属打印的 数据信息。 [0020] 进一步地,所述的SD卡安装在外设装置右侧的正中间位置。 [0021] 进一步地,所述的SDRAM内置在外设装置右侧的内测。 [0022] 所述的通讯模块包括蓝牙模块、Wifi模块,用于实现数据的无线传输远程控制功 能。 [0023] 进一步地,所述的蓝牙模块包括蓝牙发射器、蓝牙接收器、蓝牙供电装置,用于发 射和接收一种3D打印机的控制系统打印的远程蓝牙控制信息。 [0024] 所述的蓝牙供电装置包括蓝牙充电器、数据线、蓝牙发射控制器。 [0025] 进一步地,所述的Wifi模块包括Wifi发射模块、Wifi接收模块、Wifi通讯信号控制 模块,所述的Wifi通讯信号控制模块还包括Wifi通讯信号控制器、Wifi通讯信号加密器,用 于接收一种3D打印机的控制系统打印的远程Wifi控制信息。 [0026] 更近一步地,所述的显示模块采用LCD显示器,用于显示一种3D打印机的控制系统 的打印全过程的打印信息。 [0027] 更近一步地,所述的电源模块包括电源供电装置、数据线、充电器,用于显示一种 3D打印机的控制系统的充电。 [0028] 更近一步地,所述的存储器包括SD卡、SDRAM,用于存储器一种3D打印机的控制系 统金属打印的数据信息。 [0029] 更近一步地,所述的通讯模块包括蓝牙模块、Wifi模块,用于实现数据的无线传输 远程控制功能。 [0030] 进一步地,所述的蓝牙模块包括蓝牙发射器、蓝牙接收器,用于发射和接收一种3D 打印机的控制系统打印的远程蓝牙控制信息。 [0031] 进一步地,所述的Wifi模块包括Wifi发射模块、Wifi接收模块,用于接收一种3D打 印机的控制系统打印的远程Wifi控制信息。 [0032] 所述的零位传感器模块包括x轴零位传感器、y轴零位传感器、z轴零位传感器。 [0033] 更近一步地,所述的零位传感器模块,分别安装在x轴、y轴、z轴的末端,用于初始 化的三维坐标系,确定电机移动的最大3D打印范围。 [0034] 更近一步地,所述的3D打印头温度控制模块包括温度传感器、喷头温度控制模块。 [0035] 更近一步地,所述的喷头温度控制模块,用于负责控制单头电热管两侧的电压以 实现3D打印的温度调节功能,使温度达到预先设定好值并保持温度恒定,以达到金属材料 快速打印的目的。 [0036] 所述的电机控制模块包括z轴方向电机控制模块、水平方向电机控制模块。 [0037] 更近一步地,所述的z轴方向电机控制模块包括2个步进电机,用于控制z轴方向垂 直打印运动,实现金属材料的z轴3D逐层打印。 [0038] 更近一步地,所述的水平方向电机控制模块包括x轴方向电机控制模块、y轴方向 电机控制模块,用于实现金属材料的x轴、y轴平面的3D打印。 [0039] 本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果: (1)、本发明采用的组合式结构,包括热床加热模块、外设装置、3D打印机控制器、3D打 印头温度控制模块、零位传感器模块、电机控制模块;所述的3D打印机控制器包括Mega2560 控制模块、A4988驱动模块、定时/中断模块,所述的Mega2560控制模块作为一种3D打印机的 控制系统的主控模块;所述的A4988驱动模块,用于驱动4个步进电机以达到控制3D打印机 喷头的目的;所述的3D打印机控制器,左端分别与热床加热模块、外设装置相连,实现3D打 印头的熔化金属材料及人机交互式的对话;右端分别与3D打印头温度控制模块、零位传感 器模块、电机控制模块相连,实现3D打印机的远程喷墨打印控制;所述的热床加热模块,通 过加热电路使热床具有一定的温度,使得3D打印物体能够更好地附着在热床上,完成金属 材料的3D打印,本发明采用开源的结构设计,具有结构简单、操作方便、控制效果好的优点; (2)、本发明采用的外设装置包括显示模块、电源模块、存储器、通讯模块;所述的显示 模块采用LCD显示器,所述的LCD显示器安装在外设装置的前端,用于显示一种3D打印机的 控制系统的打印全过程的打印信息;所述的电源模块包括电源供电装置、数据线、充电器, 所述的电源模块还安装在在外设装置的内测,用于显示一种3D打印机的控制系统的充电; 所述的存储器包括SD卡、SDRAM,用于存储器一种3D打印机的控制系统金属打印的数据信 息,所述的SD卡安装在外设装置右侧的正中间位置,所述的SDRAM内置在外设装置右侧的内 测;所述的通讯模块包括蓝牙模块、Wifi模块,用于实现数据的无线传输远程控制功能;所 述的蓝牙模块包括蓝牙发射器、蓝牙接收器、蓝牙供电装置,用于发射和接收一种3D打印机 的控制系统打印的远程蓝牙控制信息;所述的蓝牙供电装置包括蓝牙充电器、数据线、蓝牙 发射控制器;所述的Wifi模块包括Wifi发射模块、Wifi接收模块、Wifi通讯信号控制模块, 所述的Wifi通讯信号控制模块还包括Wifi通讯信号控制器、Wifi通讯信号加密器,用于接 收一种3D打印机的控制系统打印的远程Wifi控制信息; (3)、本发明采用的通讯模块包括蓝牙模块、Wifi模块,用于实现数据的无线传输远程 控制功能;所述的蓝牙模块包括蓝牙发射器、蓝牙接收器,用于发射和接收一种3D打印机的 控制系统打印的远程蓝牙控制信息;所述的Wifi模块包括Wifi发射模块、Wifi接收模块,用 于接收一种3D打印机的控制系统打印的远程Wifi控制信息; (4)、本发明采用的电机控制模块包括z轴方向电机控制模块、水平方向电机控制模块, 所述的z轴方向电机控制模块包括2个步进电机,用于实现z轴方向垂直打印运动,实现金属 材料的z轴3D逐层打印;所述的水平方向电机控制模块包括x轴方向电机控制模块、y轴方向 电机控制模块,用于实现金属材料的x轴、y轴平面的3D打印。 [0040] 除了以上这些,本发明实现一种3D打印机的控制系统的远程喷墨打印控制,本控 制系统采用开源的结构设计,具有成本低、精度高、控制效果好的优点,节省了人力,提高了 生产效率,能够产生很好的经济效益和社会效益。 [0041] 本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并 且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。

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