3D打印技术是一种快速成型技术,在创新产品的设计和制造中应用越来越广泛。FDM(熔融沉积成型技术)的3D打印机,集成打印材料多、精度高、速度快等优点,多用于产品的原型设计中。本文从FDM技术特点出发,设计了一种3D打印机控制系统,完成3D打印机控制系统的硬件设计与软件开发,并对影响3D打印机精度和打印质量等关键参数的控制方法进行研究。首先,以微处理器Atmega2560为核心,完成了控制系统的硬件电路设计,控制系统的硬件电路主要包括微控制器最小系统电路、三轴电机和挤出机电机驱动电路、挤出头和热床温度测控电路、人机接口电路、USB通信电路和SD卡电路,采用C语言完成了控制系统的软件的开发。其次,采用16脉冲细分驱动步进电机和梯形曲线算法对步进电机进行升降速控制,通过两轴联动控制算法对X、Y轴两个方向的步进电机进行协调控制,提高3D打印的打印精度和稳定性。采用PID控制算法对挤出头和热床进行恒温控制,提高3D打印质量。最后,搭建了3D打印机测试平台,对三维建模软件建立的产品原型进行打印,并对3D打印机的性能指标进行测试,测试结果表明,挤出机与热床的温度分别控制在200℃和60℃,精度为±1℃,满足PLA材料对温度的要求;3D打印速度的最大相对误差小于0.02%,打印精度为0.1mm。系统运行可靠、打印精度较高,打印质量较好,满足所提出的设计指标,验证系统的有效性。
