3D打印計(jì)算機(jī)控制分析

1、3D打印計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件技術(shù)分析學(xué)院：計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)1203學(xué)號(hào)：姓名：楊森計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成和我們常見到的打印機(jī)一樣，3D打印機(jī)也是由控制計(jì)算機(jī)、參數(shù)檢測(cè)和輸出驅(qū)動(dòng)、輸入輸出通道、人際聯(lián)系設(shè)備這幾個(gè)部分構(gòu)成。3D打印3D掃描儀輸入接口驅(qū)動(dòng)元件4-輸出接口開關(guān)量伊輸入接口+驅(qū)動(dòng)元件開關(guān)量輸出接口控制計(jì)管機(jī),顯示器 ,鍵盤參數(shù)檢測(cè)輸出驅(qū)動(dòng)?輸入輸出 通道控制計(jì) 算機(jī)？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成圖1 .控制計(jì)算機(jī)它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心, 控制命令。2 .參數(shù)檢測(cè)和輸出驅(qū)動(dòng)對(duì)輸入信息進(jìn)行分析處理,根據(jù)預(yù)先確定的控制規(guī)律發(fā)出被控對(duì)象需要檢測(cè)的對(duì)象參數(shù)分為模擬量和開關(guān)量?jī)深?。模擬量通過傳

2、感器將參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬量電信號(hào)，開關(guān)量表現(xiàn)為工作狀態(tài)的參數(shù)檢測(cè)，用開關(guān)型元件來完成。被控對(duì)象的輸出驅(qū)動(dòng)， 按輸出的控制信號(hào)形式可分為模擬量信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)，開光量輸出驅(qū)動(dòng)。模擬量輸出驅(qū)動(dòng)控制中，驅(qū)動(dòng)元件根據(jù)模擬量輸出控制指令的大小和變化，控制被控對(duì)象的啟動(dòng)停止，運(yùn)動(dòng)位置，運(yùn)動(dòng)速度，和加速度等；開關(guān)量主要用于控制只有兩中工作狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)行。3.人際聯(lián)絡(luò)設(shè)備鍵盤，顯示器。使用計(jì)算機(jī)鍵盤輸入控制命令和指令數(shù)據(jù)，使用顯示器顯示運(yùn)行狀態(tài)和故障并幫助查找和診斷故障，運(yùn)行中間的數(shù)據(jù)的檢查，運(yùn)行過程的統(tǒng)計(jì)等。我們將Adventurer3D打印機(jī)拆解開來，對(duì)其主要元器件逐個(gè)進(jìn)行分析。Adventurerm3D打

3、印機(jī)整體Adventurerm3D打印機(jī)主要都由PC電源、主控電路、步進(jìn)電機(jī)及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個(gè)部分組成，外面用木板來固定，采用非密閉式鑄模平臺(tái)。Adventurerm3D打印機(jī)相對(duì)比較高端，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進(jìn)行打印控制，還能夠插入儲(chǔ)存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來進(jìn)行控制打印。從硬件結(jié)構(gòu)上來說，Adventurerm3D打印機(jī)并不復(fù)雜，成本也并不是太高，其核心是一塊采用ATmega1280-16AU(16MHz)8位AVR微處理器的主電路板，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)，交給4個(gè)步進(jìn)電機(jī)

4、控制電路進(jìn)行控制，然后讓步進(jìn)電機(jī)控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動(dòng)、噴頭的垂直主電路板移動(dòng)和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實(shí)體模型。Adventurerm3D打印機(jī)由主電路板、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路板、1個(gè)噴頭控制電路板構(gòu)成主電路板采用標(biāo)準(zhǔn)的PC電源接口，所有步進(jìn)電機(jī)控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號(hào)都由主電路板發(fā)出。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求和設(shè)計(jì)步驟基本要求是：可靠性高、操作性能好、通用性好、較高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)步驟可總結(jié)為下圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與選擇，輸入?yún)?shù)的檢測(cè)

5、和傳感器的選擇輸出驅(qū)動(dòng)方式和驅(qū)動(dòng)元件的選擇，人機(jī)聯(lián)系方式的選擇，最后生成控制系統(tǒng)控制原理圖和接線圖。下面主要敘述工業(yè)控制機(jī)的選擇和設(shè)計(jì)。通常設(shè)計(jì)方法為組合式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)控制任務(wù)，可以設(shè)計(jì)專用的控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)更趨于標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化和組合化。采用組合式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，用戶可根據(jù)控制任務(wù)和要求，選擇不同的功能模板，組合成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它具有組態(tài)靈活，擴(kuò)展升級(jí)容易，開發(fā)周期短，使用維護(hù)方便，可靠性高，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)?？刂朴?jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇主要考慮一下幾個(gè)問題：1 .機(jī)型選擇。STD機(jī)，PC機(jī)，單片機(jī)標(biāo)記適合運(yùn)算量交大的模擬量為主的控制，程序開發(fā)較為容易。2 .微處理器字長(zhǎng)?，F(xiàn)在控制微處理器（CPU

6、）的字長(zhǎng)有8位，16位，32位，64位。字長(zhǎng)的長(zhǎng)短主要影響數(shù)據(jù)運(yùn)算的精確，指令書目，尋地址能力和執(zhí)行操作的時(shí)間。數(shù)據(jù)位較長(zhǎng)的可以得到較高的數(shù)據(jù)運(yùn)算的精度，但操所時(shí)間較長(zhǎng)。Adventurerm3D打印機(jī)以 ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板3 .時(shí)鐘頻率。時(shí)鐘頻率決定計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度，選用時(shí)要考慮與其他模板的匹配，能否使其他模板正常工作。3D打印任務(wù)龐大復(fù)雜，應(yīng)選用較高的時(shí)鐘頻率。4 .內(nèi)存儲(chǔ)器的容量。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作時(shí)，內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件，用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此RAM的大小主要取決于用戶程序及其運(yùn)行時(shí)所需的空間。用戶程序大小取決于控制任務(wù)的大小和

7、復(fù)雜程度，選用RAM時(shí)應(yīng)預(yù)留足夠的內(nèi)存空間。而3D模型的TCL數(shù)據(jù)文件較大，且運(yùn)算復(fù)雜，應(yīng)選用較大的RAM。5 .輸入輸出通道數(shù)。根據(jù)控制任務(wù)，分析被控對(duì)象的整個(gè)控制過程，確定不同模板的通道數(shù)，根據(jù)輸入輸出參數(shù)的性質(zhì)，大小和要求，選擇合適的I/O模板，進(jìn)行通道分配。單芯片的步進(jìn)電機(jī)控制電路，結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單2013年微軟推出的新系統(tǒng)windows8.1支持？3D陽ER,讓桌面電腦和打印機(jī)的合作成為現(xiàn)實(shí)。雖然有支持3D圖形和模型的應(yīng)用數(shù)據(jù)格式，然而它們?nèi)笔Я嗽S多3D打印所需的特性，比如對(duì)顏色和材料的支持。微軟為處理特定的3D打印功能而創(chuàng)建了新的3D 3D Systems Cube 2manufac

8、turingFormat(3MF)格式。3MF是一種基于XML的數(shù)據(jù)格式，其中包括與3D制造相關(guān)的數(shù)據(jù)定義、以及自定義數(shù)據(jù)的第三方擴(kuò)展。3MF格式為Windows8.1提供了對(duì)3D打印的堅(jiān)實(shí)支持應(yīng)用將3MF數(shù)據(jù)傳遞到Windows,然后Windows將數(shù)據(jù)"繞到"3D打印設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，基本上，當(dāng)你通過Windows8.1打印一個(gè)3D模型，從用戶的角度來看，其實(shí)際過程就和使用激光打印機(jī)打印Word文檔一樣沒什么差別。在創(chuàng)建了3D模型之后，用戶前往Charms的設(shè)備，在打印機(jī)列表里選擇要使用的那個(gè)，搞定選項(xiàng)之后，點(diǎn)擊或觸碰"打印"按鈕就可以了。雖然主流的電腦操

9、作系統(tǒng)已QuabrtyWindows8.13D打印界面經(jīng)對(duì)3D打印技術(shù)提供了支持，但是個(gè)方面的條件都對(duì)3D打印技術(shù)的優(yōu)越性有所限制，專業(yè)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)依然有待研發(fā)和完善。3D打印機(jī)從上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展到今天，走過了20多年，目前的技術(shù)確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的3D打印，不過對(duì)于這種大眾夢(mèng)想中的高精度打印來說，設(shè)備成本和材料的成本非常高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了個(gè)人用戶能夠承受的范圍。所以，即便我們看到有人通過3D打印機(jī)制造了槍支，有人通過3D打印機(jī)打出了汽車，但那至少是通過DLP激光成型技術(shù)或UV紫外線成型技術(shù)來實(shí)現(xiàn)了，而這種技術(shù)還不是個(gè)人用戶用得起的。從3D打印技術(shù)的前景來看，3D打印確實(shí)有非常好的應(yīng)用前景，我們甚至看到有科學(xué)家在嘗試通過3D打印機(jī)復(fù)制皮膚和血管組織來修復(fù)人體創(chuàng)傷，不過對(duì)于普通用戶和制造業(yè)來說，3D打印的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時(shí)機(jī)還沒有成熟。雖然現(xiàn)在航空業(yè)和汽車制造業(yè)在部分地采用3D打印技術(shù)，但其成本依然居高不下。所以真正的快速任意制造時(shí)代并未到來，這一技術(shù)的發(fā)展是曲折復(fù)雜的