發(fā)布時(shí)間：2017-03-18 14:01

  本文關(guān)鍵詞：基于ARM的桌面型3D打印機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前國內(nèi)進(jìn)口的桌面級(jí)3D打印機(jī)功能較齊全，性能較好，但是價(jià)格比較昂貴，而國內(nèi)研制開發(fā)的3D打印機(jī)又存在打印速度慢、打印精度低等缺陷。因此，隨著國家對(duì)3D打印機(jī)自主創(chuàng)新的不斷鼓勵(lì)與投入，同時(shí)為了改善打印精度低和打印速度慢等問題，本文研究開發(fā)了一套基于ARM的桌面型3D打印機(jī)電控系統(tǒng)，同時(shí)還用該套控制系統(tǒng)組裝了一款樣機(jī)，其具有打印速度快、打印精度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)首先從打印成本、操作復(fù)雜度和應(yīng)用前景等角度分析，選擇了FDM成型技術(shù)。但是，由于FDM打印技術(shù)自身原理的缺陷，因此，使得FDM3D打印機(jī)電控系統(tǒng)存在兩個(gè)嚴(yán)重的問題，一方面是FDM成型技術(shù)受溫度的影響很大，另一方面是打印速度太慢，最終造成打印模型精度不高且耗時(shí)太長。而本文為了改善打印機(jī)的打印性能，針對(duì)這兩個(gè)問題從理論上進(jìn)行研究，給出了解決方案，前者通過PID進(jìn)行擠出機(jī)和加熱床的溫度調(diào)節(jié)，后者通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)際的矩頻特性設(shè)計(jì)了S形升降速曲線。 然后完成了3D打印機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括主要的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)�？刂葡到y(tǒng)選用了工作頻率高、性能優(yōu)良、內(nèi)部資源豐富的ARM LPC1768作為微控制器，簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，其中打印機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路主要包括加熱床和擠出機(jī)的溫度控制電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、行程開關(guān)電路、USB通信接口電路和電源電路。而控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由三部分構(gòu)成，第一部分是基于PID的加熱床和擠出機(jī)的溫度控制程序，實(shí)現(xiàn)加熱床和擠出機(jī)溫度的穩(wěn)定；第二部分是步進(jìn)電機(jī)S形速度控制曲線程序，，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在不失步的情況下能沿著S形曲線進(jìn)行快速升降速運(yùn)行；第三部分是上位機(jī)與打印機(jī)進(jìn)行USB通信的程序，實(shí)現(xiàn)打印數(shù)據(jù)的下載和打印進(jìn)程的控制。 最后搭建了桌面型3D打印機(jī)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，通過將開發(fā)好的桌面型3D打印樣機(jī)進(jìn)行打印實(shí)物模型來分別測試步進(jìn)電機(jī)在直線形和S形升降速曲線工作運(yùn)行時(shí)的端電壓波形以及打印不同實(shí)物模型所花的時(shí)間；同時(shí)通過上位機(jī)軟件RepetierHost的溫度窗口來觀察打印機(jī)在有PID和無PID溫度調(diào)節(jié)下的打印溫度變化曲線。從實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果來看，本文設(shè)計(jì)的基于ARM的桌面型3D打印機(jī)電控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，魯棒性好，同時(shí)其打印機(jī)打印速度較快，模型成型質(zhì)量較高，基本能滿足實(shí)際需求。
【關(guān)鍵詞】：桌面型 3D打印機(jī) FDM LPC1768 S形曲線 步進(jìn)電機(jī)
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP334.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究的目的和意義10-11
• 1.2 桌面型 3D 打印機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3 桌面型 3D 打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.4 本課題的主要內(nèi)容14-16
• 第二章 桌面型 3D 打印機(jī)系統(tǒng)介紹16-21
• 2.1 桌面型 3D 打印機(jī)系統(tǒng)的工作過程16-17
• 2.2 桌面型 3D 打印機(jī)打印技術(shù)簡介17-19
• 2.3 桌面型 3D 打印機(jī)打印技術(shù)的應(yīng)用19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 桌面型 3D 打印機(jī)步進(jìn)電機(jī)速度曲線研究21-29
• 3.1 步進(jìn)電機(jī)速度控制的必要性21-22
• 3.2 步進(jìn)電機(jī)升速曲線研究22-26
• 3.2.1 步進(jìn)電機(jī)常見升降速曲線22-23
• 3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性23-24
• 3.2.3 步進(jìn)電機(jī) S 形升速曲線24-26
• 3.3 步進(jìn)電機(jī)升降速曲線的離散形式及實(shí)現(xiàn)26-28
• 3.4 步進(jìn)電機(jī)降速曲線研究28
• 3.5 本章小結(jié)28-29
• 第四章 桌面型 3D 打印機(jī)控制電路設(shè)計(jì)29-37
• 4.1 LPC1768 微控制器電路29-31
• 4.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)31-33
• 4.3 加熱床和擠出機(jī)的溫度控制電路設(shè)計(jì)33
• 4.4 行程開關(guān)電路設(shè)計(jì)33-34
• 4.5 USB 通信接口電路設(shè)計(jì)34-35
• 4.6 電源電路設(shè)計(jì)35
• 4.7 本章小結(jié)35-37
• 第五章 桌面型 3D 打印機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)37-44
• 5.1 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)37-39
• 5.2 加熱床和擠出機(jī)的溫度控制程序設(shè)計(jì)39-40
• 5.3 步進(jìn)電機(jī) S 形速度控制曲線程序設(shè)計(jì)40-42
• 5.4 USB 通信接口電路程序設(shè)計(jì)42-43
• 5.5 本章小結(jié)43-44
• 第六章 桌面型 3D 打印機(jī)系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果分析44-49
• 6.1 擠出機(jī)和加熱床溫度控制的上位機(jī)測試及結(jié)果分析44-46
• 6.1.1 上位機(jī) RepetierHost 簡介44-45
• 6.1.2 溫度的上位機(jī)測試及結(jié)果分析45-46
• 6.2 桌面型 3D 打印樣機(jī)的聯(lián)合調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析46-49
• 總結(jié)與展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-53
• 致謝53-54
• 附錄 A：系統(tǒng)控制電路 PCB 板及樣機(jī)54-56
• 附錄 B：攻讀碩士學(xué)位期間撰寫和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文56-57
• 附錄 C：參與的科研項(xiàng)目57

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：254514