詳解3D打印機(jī)控制原理

和通常我們見到的打印機(jī)一樣，3D打印機(jī)也是由控制電路、驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個部分構(gòu)成。重慶大學(xué)自動化學(xué)院羅克韋爾實驗室將閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)拆解開來，對其主要元器件逐個進(jìn)行分析。

從外觀來看，采用FDM熔融層積成型技術(shù)面相的個人消費者的3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，甚至有點簡陋，不過也正是這樣的原因才能夠?qū)?D打印機(jī)的價格從幾萬甚至幾十萬美元降低到幾千元人民幣。目前，消費級的3D打印機(jī)主要都由PC電源、主控電路、步進(jìn)電機(jī)及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個部分組成，外面用木板來固定，采用非密閉式鑄模平臺。我們測試的這款閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)相對比較高端，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進(jìn)行打印控制，還能夠插入儲存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來進(jìn)行控制打印。

我們可以看到其核心是一塊采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)，交給4個步進(jìn)電機(jī)控制電路進(jìn)行控制，然后讓步進(jìn)電機(jī)控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動、噴頭的垂直移動和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實體模型。

從硬件結(jié)構(gòu)上來說，閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)并不復(fù)雜，成本也并不是太高，據(jù)重慶大學(xué)自動化學(xué)院副院長林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右，一套步進(jìn)電機(jī)和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價超過200元后，自動化學(xué)院的廖孝勇老師笑著對我們說，這個電源可能是這款打印機(jī)里面硬件成本最高的配件。

工作中的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)，其X軸和Y軸采用皮帶傳動，Z軸為精度更高的螺桿傳動，左側(cè)的白色塑料絲就是3D打印的原材料

原本直徑為1.7mm的ABS塑料絲經(jīng)過溫度高達(dá)225℃的高溫噴頭，噴出直徑為0.4mm的細(xì)絲

步進(jìn)電機(jī)控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開始逐層打印

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)由主電路板、4個步進(jìn)電機(jī)控制電路板、1個噴頭控制電路板構(gòu)成

主電路板采用標(biāo)準(zhǔn)的PC電源接口，所有步進(jìn)電機(jī)控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號都由主電路板發(fā)出

以ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板

單芯片的步進(jìn)電機(jī)控制電路，結(jié)構(gòu)也非常簡單