桌面级3D打印机系统的设计与实现

摘要

3D打印技术通常又被叫做增材制造技术。它一般采用逐层叠加的方法将耗材结合在一起。Charles Hull在1983年发明了以液态树脂为材料的3D打印技术。30多年过去了，3D打印技术取得了飞速的发展。3D打印机有很多种，根据其应用方向可分为工业级和桌面级。本文的研究内容为桌面级的3D打印机。目前市面上的3D打印机大多采用RAMPS、Sanguinololu、STB_Electronics、Gen7、RUMBA等几种开源的控制板。它们都支持一种开源的3D打印机控制系统Marlin。由于这几种开源的控制板的资源有限，对3D打印机的升级有一定的限制。因此，本文尝试着开发了一款基于STM32芯片的3D打印机控制系统。
　　本研究从机械结构、电子器件、固件、G代码、分层软件、打印控制软件等几个方面对3D打印机的工作原理进行了深入的探究。然后又对开源的3D打印机控制系统Marlin主要的库模块进行了分析研究。最后设计出了一套基于STM32控制板和μC/OS-III嵌入式操作系统的3D打印机控制系统。本系统包括两部分，一部分是上位机系统，另一部分是下位机系统。上位机系统为3D打印机的操作界面。它是在WPF框架下用c＃语言开发的。它可以将3D模型分层后的G-code文件通过串口发送到下位机并实现了一些的基本操作，如开始打印，暂停打印等基本功能。从WPF的特点、界面的实现、功能实现、线程的应用等几个方面详细的分析了上位机系统实现的过程。下位机的主控芯片为STM32处理器，运行环境为μC/OS-III嵌入式操作系统。下位机的主要功能为接收上位机发送过来的G-code，然后进一步解析指令，从而实现对步进电机、加热棒、led等外围器件的控制。本文从μC/OS-III、温度控制模块、限位开关模块、串行接口模块、命令解析模块、电机控制模块等方面对下位机的实现做了详细的介绍。文章的最后又详细的叙述了系统各个模块的调试过程。

目录

声明

1引言

2 3D打印机的工作原理

2.1 整体框架与系统组成

2.2机械结构

2.3 电子器件

2.4 固件

2.5 G代码

2.6 分层软件

2.7 打印控制软件

3 开源固件Marlin分析

3.1 Marlin简介

3.2 Marlin的架构

3.3 SD lib

3.4 Temperature lib

3.5 Serial lib

3.6 Stepper lib

3.7 Main lib

3.8 Plan motion lib

4 系统设计

4.1 系统分析

4.2 系统设计

5 上位机控制软件的实现

5.1 简介

5.2 WPF框架

5.3 界面实现

5.4 功能实现

5.5 线程的应用

6 下位机系统实现

6.1μC/OSⅢ

6.2串行通信

6.3温度控制任务

6.4命令处理任务-命令解析模块

6.5命令处理任务-电机控制模块

6.6 脱机打印的实现

7 3D打印机的调试

7.1打印前准备

7.2限位开关测试

7.3温度控制测试

7.4送料测试

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢