[发明专利]一种FDM三维打印控制系统

说明书

一种FDM三维打印控制系统，包括上位控制部分和下位加工控制部分；上位控制部分包括工业PC、操作系统及支持程序，实现三维CAD模型的切片处理、数据处理、加工指令下传、打印加工的实时显示功能；下位加工控制部分包括嵌入式控制系统、打印控制专用集成电路及支撑电路；工业PC读入三维CAD模型，执行切片处理得到二维零件层面的打印指令；计算校验码，生成数据帧，将打印指令数据通过送至嵌入式控制系统实现打印操作；工业PC通过高速串口获取下位加工控制部分的打印加工的坐标位置、喷丝温度、行程开关状态信息；嵌入式控制系统通过高速串口接收打印指令，执行数据校验，根据指令转换成打印控制电路、喷丝温度控制电路的指令参数，将指令参数送入打印控制专用集成电路。

技术领域

本技术方案属于自动控制技术领域，具体是一种FDM三维打印控制系统。

背景技术

三维打印是上个世纪八、九十年代产生并逐渐发展起来的一种新型制造技术，它基于增材制造的原理，通过化学反应、材料熔凝等手段实现实体零件的三维结构；相较于传统的数控加工，三维打印由CAD直接驱动，无需中间的CAPP、数控编程等过程，能够极大缩短零件及产品的研制周期；同时，三维打印通过二维层面的加工实现三维空间结构，极大降低复杂三维结构的加工难度，是当前加工领域的一个重要研究方向。

3D打印控制的集成度、实时性、可靠性以及效率要求，是3D打印控制系统的天然要求，加工控制是3D打印加工的使能与驱动技术，加工精度、集成度、可靠性是该领域研究的主要内容。

发明内容

本技术方案是在分析典型3D打印工艺-熔融沉积成型(FDM)的加工过程，采用工业PC结合高性能嵌入式控制器与自主专用集成电路的控制结构，研究低成本、高集成度、高可靠、高速高效，具备在线实时三维加工显示，是一种具备真正意义上的“所见即所得”功能的FDM嵌入式工业控制系统。具体来说：

一种FDM三维打印控制系统，包括上位控制部分和下位加工控制部分；

A、上位控制部分包括工业PC、操作系统及支持程序，实现三维CAD模型的切片处理、数据处理、加工指令下传、打印加工的实时显示功能；

B、下位加工控制部分包括嵌入式控制系统、打印控制专用集成电路及支撑电路；

所述打印控制专用集成电路及支撑电路包括集成在集成电路中的扫描运动控制电路、喷丝运动控制电路、丝温采集控制电路、喷丝加热控制电路、开关控制电路和SPI收发控制电路；

上位控制部分的工业PC把经数据处理得到的打印指令，发送给下位加工控制部分的嵌入式控制系统；下位加工控制部分的嵌入式控制系统采集三维打印机的状态，并把打印状态送至工业PC；

嵌入式控制系统实现打印加工所需要的扫描运动、丝温控制、喷丝动作、高速串口通信、指令收发、加工状态获取与发送；

打印控制专用集成电路及支持电路接收来自嵌入式控制系统的指令信息，实现打印加工指令；同时，将丝温、行程、极限开关状态传给嵌入式控制系统；

打印加工过程中，工业PC读入三维CAD模型，执行切片处理得到二维零件层面的打印指令；而后，根据串行通信协议，计算校验码，生成数据帧，将打印指令数据通过高速串口送至嵌入式控制系统实现打印操作；同时，工业PC通过高速串口获取下位加工控制部分的打印加工的坐标位置、喷丝温度、行程开关状态信息，实现加工状态的实时显示；

嵌入式控制系统通过高速串口接收打印指令，执行数据校验，根据指令转换成打印控制电路、喷丝温度控制电路的指令参数，通过SPI接口将指令参数送入打印专用集成电路，实现相关的三维打印的相应操作，实现打印加工指令。