[发明专利]一种3D打印机运动控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印机运动控制系统及基于该系统的控制方法，属于3D 打印技术领域。

背景技术

快速成型技术是近年来发展起来的一种先进制造技术，3D打印是快速成型 技术的一个分支。先由建模软件对打印实物进行三维建模，再由切片软件对三维 模型进行识别和STL格式转换，最终将模型打印信息传递到主控制板，再由主 控制板发送控制指令给各功能模块。由挤出头挤出的熔融耗材，逐层打印，层层 叠加，从而将三维模型变成三维立体实物。3D打印技术作为一种高新技术，具 体涉及CAD建模、测量、接口软件、数控、精密仪器、激光、材料等多学科的 集成。

然而，现有的桌面级别的3D打印机运动控制系统存在着诸多缺点。打印机 必须与PC机相连，既占用了PC机资源，也需考虑打印过程中USB连接的不稳 定问题。运动控制系统中各功能模块集成度不高。步进电机的控制以及温度控制 不够精确。运动控制系统中的硬件部分内存不足、外设不够多，软件部分资源不 够丰富，无法实时满足打印过程中的任务要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：使得3D打印机无须与PC机相连。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种3D打印机运动控 制系统，包括3D打印机的微控制器，其特征在于，还包括至少集成有步进电机 驱动模块及温度控制模块的扩展板，扩展板与集成有微控制器的核心控制板接插 式连接，使得扩展板与核心控制板之间通过串口通信总线建立通信，步进电机驱 动模块用于控制3D打印机的轴向电机和送料机的转动精度，温度控制模块用于 实现精确的PID控制；

还包括LCD控制面板，扩展板与LCD控制面板之间通过串口通信总线建立 通信，LCD控制面板至少包括液晶显示模块及数据存储模块，在数据存储模块 中存储3D打印机上各电机的运动轨迹规划信息及运动轨迹控制信息。

优选地，在所述扩展板上还集成有限位开关模块、风扇控制模块及电源模块， 其中，限位开关模块用于限定3D打印机的轴向步进电机最大和最小轴向移动范 围。

优选地，所述LCD控制面板还包括旋钮控制模块及电平变换模块。

优选地，所述数据存储模块采用SD卡读取模块。

本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述系统的3D打印机运动控制 方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在PC上位机将打印实物的三维模型通过切片软件处理并生成G代 码指令，再将其存入数据存储模块中；

步骤2、预先由PC上位机对核心控制板通过固件内容进行初始化配置；

步骤3、微控制器读取存储在数据存储模块内的G代码指令，该G代码指 令中包含有运动轨迹规划和运动控制的信息，再由微控制器输出控制指令给扩展 板上电机驱动模块来具体控制相应的步进电机工作，其中：

X轴向步进电机及Y轴向步进电机带动挤出头在两个维度上运动，完成一 个平面打印后，再驱动Z轴丝杆步进电机使平台上下移动，从而绘制新的平面， 通过这样逐层打印，层层叠加，精确地控制整个打印过程。

本发明的目的在于针对现有3D打印机运动控制系统存在的技术上不足，提 供了一种基3D打印机运动控制系统，其结构简单、设计合理、操作方便，可实 现高精度的3D打印，工作可靠性和稳定性高，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的运动控制系统的系统架构图；

图2为本发明的硬件系统功能模块框图；

图3为本发明的软件系统功能模块框图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1为本发明的运动控制系统的系统架构图。运动控制系统的实现是通过硬 件平台和软件平台两方面来实现的，运动控制系统包括运动轨迹规划单元、运动 控制单元、A/D转换器。其具体的运动控制过程如下：

步骤1、在PC上位机上将打印实物的三维模型通过切片软件处理并生成G 代码指令，该G代码指令中包含有运动轨迹规划信息和运动轨迹控制信息，再 将其存入SD卡。