詳解3D打印機控制原理

和通常我們見(jiàn)到的打印機一樣，3D打印機也是由控制電路、驅動(dòng)電路、數據處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個(gè)部分構成。重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院羅克韋爾實(shí)驗室將閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機拆解開(kāi)來(lái)，對其主要元器件逐個(gè)進(jìn)行分析。

從外觀(guān)來(lái)看，采用FDM熔融層積成型技術(shù)面相的個(gè)人消費者的3D打印機的結構并不復雜，甚至有點(diǎn)簡(jiǎn)陋，不過(guò)也正是這樣的原因才能夠將3D打印機的價(jià)格從幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)美元降低到幾千元人民幣。目前，消費級的3D打印機主要都由PC電源、主控電路、步進(jìn)電機及控制電路、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(lái)固定，采用非密閉式鑄模平臺。我們測試的這款閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機相對比較高端，不僅能夠通過(guò)USB連接線(xiàn)連接電腦進(jìn)行打印控制，還能夠插入儲存有3D模型文件的SD卡，通過(guò)LCD打印控制界面來(lái)進(jìn)行控制打印。

我們可以看到其核心是一塊采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板，通過(guò)這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進(jìn)電機數據，交給4個(gè)步進(jìn)電機控制電路進(jìn)行控制，然后讓步進(jìn)電機控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動(dòng)、噴頭的垂直移動(dòng)和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）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。

從硬件結構上來(lái)說(shuō)，閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機并不復雜，成本也并不是太高，據重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副院長(cháng)林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右，一套步進(jìn)電機和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價(jià)超過(guò)200元后，自動(dòng)化學(xué)院的廖孝勇老師笑著(zhù)對我們說(shuō)，這個(gè)電源可能是這款打印機里面硬件成本最高的配件。

工作中的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機，其X軸和Y軸采用皮帶傳動(dòng)，Z軸為精度更高的螺桿傳動(dòng)，左側的白色塑料絲就是3D打印的原材料

原本直徑為1.7mm的ABS塑料絲經(jīng)過(guò)溫度高達225℃的高溫噴頭，噴出直徑為0.4mm的細絲

步進(jìn)電機控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開(kāi)始逐層打印

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機由主電路板、4個(gè)步進(jìn)電機控制電路板、1個(gè)噴頭控制電路板構成

主電路板采用標準的PC電源接口，所有步進(jìn)電機控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號都由主電路板發(fā)出

以ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板

單芯片的步進(jìn)電機控制電路，結構也非常簡(jiǎn)單