基于WiFi的無(wú)線3D打印機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

[摘 要] 在社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技不斷發(fā)展的過(guò)程中，WiFi傳輸通信技術(shù)和3D打印技術(shù)也在不斷的發(fā)展。目前3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到教育、航天、醫(yī)療及國(guó)防等領(lǐng)域中。但是目前的3D打印機(jī)還是使用傳統(tǒng)有效方式的打印需要配備電腦等一系列的設(shè)備，攜帶較不方便。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)基于WiFi技術(shù)的無(wú)線3D打印機(jī)控制器進(jìn)行研究，使打印能夠脫離電腦，實(shí)現(xiàn)無(wú)線移動(dòng)打印，便于用戶及相關(guān)人員的使用。

[關(guān) 鍵 詞] WiFi；無(wú)線；3D打印機(jī)；控制策略

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）15-0144-01

3D打印目前已經(jīng)成為快速成形的技術(shù)，其主要基礎(chǔ)為數(shù)字模型文件，使用粉末金屬或者塑料等材料，通過(guò)逐層打印創(chuàng)建物體。但是現(xiàn)在大部分的3D打印機(jī)還是通過(guò)連接電腦實(shí)現(xiàn)打印，或者使用存儲(chǔ)設(shè)備打印，這對(duì)用戶的使用是非常不方便的?，F(xiàn)在平板電腦、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)成為人們生活中的常用品，并且這些設(shè)備都具有WiFi無(wú)線傳輸?shù)墓δ?，基于此，就能夠通過(guò)WiFi無(wú)線傳輸通信技術(shù)設(shè)計(jì)3D打印控制設(shè)備，不僅便于用戶使用，還節(jié)約了成本。

一、基于WiFi的無(wú)線3D打印機(jī)控制設(shè)計(jì)方案

選擇STM23為控制作為控制的核心CPU，要求控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)WiFi模塊數(shù)據(jù)的接收及傳輸。控制器還能夠讀取存儲(chǔ)設(shè)備中的3D模型數(shù)據(jù)文件，控制對(duì)步進(jìn)電機(jī)，控制熱床溫度等。下圖為基于WiFi的無(wú)線3D打印機(jī)控制器設(shè)計(jì)的方案。

通過(guò)該圖可以看出，手機(jī)中的控制軟件代替了電腦，能夠通過(guò)手機(jī)WiFi將打印命令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?D打印機(jī)控制器中，并且控制器能夠?qū)⒋蛴C(jī)狀態(tài)、熱創(chuàng)溫度等信息傳送到手機(jī)端，并且進(jìn)行顯示，使用戶能夠直觀看到。

二、系統(tǒng)的硬件電路

（一）WiFi通信的電路

本文中的WiFi模塊中的主控芯片使用ESP型號(hào)，此型號(hào)WiFi模塊的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且價(jià)格實(shí)惠，AT指令效率較高，開發(fā)較為方便。此型號(hào)主控芯片的網(wǎng)絡(luò)解決方案較完整，所以只要少量的外部電路就能夠?qū)崿F(xiàn)，并且電路占據(jù)PCB的空間較小，能夠使用戶的物理設(shè)備與WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)的通信，WiFi通過(guò)控制器和UART進(jìn)行通信。

（二）擠出頭的溫度及加熱電路的檢測(cè)設(shè)計(jì)

在3D打印的過(guò)程中熱床和擠出頭的溫度都要保持恒定，在使用PLA打印材料的時(shí)候，擠出頭加熱的溫度為175℃～200℃之間，熱床的溫度為40℃～60℃之間，擠出頭的溫度及熱床的溫度要根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的環(huán)境確定。

（三）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

如果是小型打印機(jī)，大多數(shù)會(huì)使用兩相四線的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的控制可以通過(guò)電機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，3D打印機(jī)中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般使用A49芯片，其最大為16細(xì)分，最大的輸出電流為2A。要想提高芯片的散熱性，可以使用DRV88步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其最大為32細(xì)分，最大驅(qū)動(dòng)電流為2.3A。并且芯片中的電路具有一定的保護(hù)功能，如果打印機(jī)發(fā)生故障，其能夠及時(shí)檢測(cè)出來(lái)，并且迅速的切斷H橋，保護(hù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片。

三、無(wú)線3D打印控制器的軟件設(shè)計(jì)

要求移動(dòng)端的應(yīng)用程序能夠選擇打印的文件、確定打印機(jī)的狀態(tài)，確認(rèn)WiFi的連接。使用Android編程為應(yīng)用程序，其能夠讀取打印的數(shù)據(jù)文件，并且控制WiFi傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)打印機(jī)的熱床及打印頭的溫度進(jìn)行設(shè)置，接收熱床及打印頭的溫度，并且將溫度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，還能夠顯示使用的信息及材料的類型。其流程為：（1）通過(guò)應(yīng)用程序的首頁(yè)將需要打印的文件進(jìn)行選擇，進(jìn)入預(yù)覽界面；（2）確認(rèn)預(yù)覽并且開始打印，在打印界面中能夠選擇暫停，還能夠顯示打印機(jī)的狀況，包括速度、擠出頭溫度、熱床溫度等。

無(wú)線3D打印控制器的軟件中包括控制通信信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、數(shù)據(jù)的處理和讀取功能，其軟件程序的流程為：（1）確認(rèn)打印機(jī)終端是否完成了電機(jī)、WiFi、加熱等相關(guān)模塊的初始化，如果完成初始化，就要等待移動(dòng)端發(fā)出需要打印的信號(hào)；（2）如果移動(dòng)端發(fā)出需要打印的信號(hào)，在接收端接收到信號(hào)之后，就要接受數(shù)據(jù)，為了能夠節(jié)省時(shí)間，在打印數(shù)據(jù)的接受時(shí)，能夠預(yù)熱熱床和擠壓頭的溫度；（3）在數(shù)據(jù)的接受完成后，并且熱床和擠壓頭的溫度也達(dá)到了預(yù)設(shè)值，就能夠開始打印，打印機(jī)的狀態(tài)等一系列的信息都能夠在手機(jī)中的應(yīng)用軟件中顯示出來(lái)，直到打印完成。

在手機(jī)、平板、3D打印機(jī)等一系列的移動(dòng)終端不斷發(fā)展及普及之后，使用移動(dòng)終端控制3D打印機(jī)是其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。基于此，本文就根據(jù)3D打印機(jī)的工作流程，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線打印技術(shù)，使用STM23微控制器，能夠有效提高打印機(jī)的處理效率及速度，保持溫度的平衡，降低了粗細(xì)不均勻及斷絲等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而有效提高了打印的質(zhì)量。通過(guò)實(shí)際的實(shí)踐，其能夠通過(guò)手機(jī)的終端設(shè)備控制打印機(jī)。

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