[实用新型]基于FPGA的3D打印头控制系统

说明书

本实用新型属于3D打印头控制系统领域，尤其是涉及一种基于FPGA的3D打印头控制系统，其特征在于包括控制板，与此控制板相连接的四块转接板，与控制板相连接的驱动板，控制板包括微处理器单元FPGA核心板Ⅰ，ARM控制单元，DC‑DC电源转换、光栅编码器接口和四路RS422发射电路，驱动板包括微控制单元FPGA核心板Ⅱ，串口通信电路、DC‑DC电源转换和四路点火脉冲发生电路，每块转接板包括打印数据输出接口，五路打印头接口。本实用新型可实现对20个打印头的精确打印控制，接线简单、结构合理、功能丰富、可靠性高，可实现长时间连续打印并可将打印状态回传上位机，实现与外设人机交互的功能，具有较高的抗干扰能力。

技术领域

本实用新型属于3D打印头控制系统领域，尤其是涉及一种基于FPGA的3D打印头控制系统。

背景技术

3D 打印是构建打印层，通过数字模型制作三维实体的制造流程。打印头经过沙面时，粘结剂会选择性喷射到粉末中，沙箱床下沉，并涂覆另一层粉末，循环这一过程，直至完成整个打印。打印头是3D打印成型的关键部件之一。3D打印的控制精度和效果是由打印头控制系统决定的。打印头控制系统通过接收位置信号控制打印，如果打印位置不准确会导致打印形状发生变化。打印头控制系统通过接收位置信号来计算出打印头行走速度，当打印头在变速运动速度时打印会由于惯性的作用使打印形状发生改变。打印头控制系统通过网口与上位机通信，接收控制信号和打印数据，当接收数据错误时会导致打印异常或中断。打印头控制系统需要给20个喷头提供128bit串行数据和高压点火脉冲信号，串行数据和高压点火脉冲信号需要严格的时序控制，如果时序错误则不能喷射。此外20个喷头也需要同步喷射，否则影响打印效果。现有控制系统采用ARM或DSP等控制器作为核心控制器，再加上各个功能的控制电路组成整个控制系统。由于该打印头控制对时序和同步性要求较高，所以现有方案很容易产生打印数据丢失、错误或不同步等现象。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够提高打印头控制的稳定性、可靠性，提高打印精度的基于FPGA的3D打印头控制系统。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

本实用新型的一种基于FPGA的3D打印头控制系统，其特征在于包括用于控制打印头和与外部设备交互的控制板，与此控制板相连接的四块转接板，与所述控制板相连接的驱动板，所述的驱动板与所述的四块转接板相连接，

所述的控制板包括用于数据交互和点火控制的微处理器单元FPGA核心板Ⅰ，与此微处理器单元FPGA核心板Ⅰ通过GPMC接口通信的ARM控制单元，与所述微处理器单元FPGA核心板Ⅰ相连接的DC-DC电源转换、光栅编码器接口、打印数据输出接口和与此打印数据输出接口相连接的四路RS422发射电路，所述的控制板通过所述的打印数据输出接口与所述的驱动板相连接，

所述的ARM控制单元通过千兆网接口与上位机通信，

所述的驱动板包括用于控制点火脉冲和板级数据交互的微控制单元FPGA核心板Ⅱ，分别与此微控制单元FPGA核心板Ⅱ相连接的串口通信电路、DC-DC电源转换和四路点火脉冲发生电路，所述的四路点火脉冲发生电路分别与所述的四块转接板相连接，

所述的四块转接板的每块转接板包括打印数据接收电路，与此打印数据接收电路相连接的五路打印头接口，所述的四路RS422发射电路分别与所述的四块转接板的打印数据接收电路对应连接。

所述的微处理器单元FPGA核心板Ⅰ为EP4CE30F23C6芯片。

所述的微控制单元FPGA核心板Ⅱ为DAC0800芯片。

所述的光栅编码器接口通过差分接口与所述的微处理器单元FPGA核心板Ⅰ通信。

本实用新型的优点：