本文關(guān)鍵詞：3D打印控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：3D打印的英文全稱(chēng)是Three Dimensional Printing,本文主要論述基于熔融沉積成型(FDM)的3D打印技術(shù),相比其他的幾種原理的成型技術(shù),FDM優(yōu)勢(shì)在于成本最低,但是缺點(diǎn)也很明顯,成型速度慢,精度低。本文著手于3D打印的控制系統(tǒng),主要以設(shè)計(jì)最優(yōu)溫控模型和直線插補(bǔ)算法等方面作為突破口,為提高打印的精度和效率進(jìn)行研究。本文首先對(duì)3D打印系統(tǒng)做了整體的概述,介紹了控制系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成,對(duì)主控平臺(tái)Arduino2560做了詳細(xì)的介紹,并描述了其部分內(nèi)部資源在3D打印機(jī)中的具體應(yīng)用,介紹了3D打印機(jī)的工作過(guò)程、控制原理和軟件系統(tǒng)工作流程。然后針對(duì)打印機(jī)噴頭的溫度控制算法進(jìn)行了研究,傳統(tǒng)的PID控制算法穩(wěn)定性差且調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng),本文將模糊控制和PID控制進(jìn)行結(jié)合,通過(guò)simulink仿真證明模糊PID算法控制效果更優(yōu),溫度上升更快,達(dá)到指定的打印溫度的時(shí)間縮短了30秒,系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng),達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)的時(shí)間縮短了約130秒。隨后介紹了由數(shù)字三維模型到控制打印機(jī)運(yùn)作的過(guò)程中最關(guān)鍵的兩環(huán),切片算法和譯碼模塊,研究了其中的關(guān)鍵坐標(biāo)值X、Y、Z和E的生成原理和計(jì)算方法,并根據(jù)GCode的程序規(guī)律確定了譯碼模塊的整體思路,詳細(xì)闡述了譯碼模塊中的核心代碼。最后為提高3D打印的效率,本文從提高GCode中的直線插補(bǔ)指令的效率著手,將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中用于描繪直線的Bresenham算法加以改進(jìn),應(yīng)用到3D打印控制系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)。通過(guò)譯碼部分的GCode實(shí)驗(yàn)表明,本文設(shè)計(jì)的譯碼模塊能夠正確的解釋由STL文件生成的GCode,同時(shí)本文設(shè)計(jì)的直線Bresenham插補(bǔ)算法較傳統(tǒng)的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)次數(shù)更少、效率更高、更易于硬件實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：3D打印 模糊PID控制 GCode 直線Bresenham算法
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.73
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-14
• 1.1 課題的來(lái)源、目的和意義8-11
• 1.1.1 課題來(lái)源8
• 1.1.2 選題依據(jù)和背景8-9
• 1.1.3 課題研究目的9
• 1.1.4 理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-12
• 1.2.1 3D 打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 3D 打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)12
• 1.3 文中主要研究的內(nèi)容和技術(shù)方法12-14
• 第2章 3D 打印系統(tǒng)14-22
• 2.1 3D 打印系統(tǒng)的構(gòu)成14-18
• 2.1.1 系統(tǒng)整體構(gòu)成14
• 2.1.2 硬件平臺(tái) Arduino 板14-16
• 2.1.3 軟件平臺(tái) Arduino IDE16-18
• 2.2 3D 打印的工作過(guò)程及相關(guān)原理18-21
• 2.2.1 3D 打印的工作過(guò)程18-19
• 2.2.2 3D 打印控制原理19-20
• 2.2.3 軟件系統(tǒng)工作流程20-21
• 2.2.4 軟件結(jié)構(gòu)21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)和溫控算法的設(shè)計(jì)22-37
• 3.1 3D 打印的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)22-25
• 3.1.1 整體機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)22-23
• 3.1.2 噴頭機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)23-25
• 3.2 控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25-28
• 3.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊25-27
• 3.2.2 Arduino 主控板和A4988連接設(shè)計(jì)27-28
• 3.3 模糊 PID 溫度控制算法28-36
• 3.3.1 關(guān)于 3D 打印系統(tǒng)中溫度的控制28-29
• 3.3.2 PID 控制算法29-33
• 3.3.3 模糊 PID 控制算法33-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 切片原理及 GCode 譯碼模塊設(shè)計(jì)37-47
• 4.1 切片原理37-41
• 4.1.1 STL 文件分析37-38
• 4.1.2 GCode 中位置坐標(biāo)的計(jì)算38-40
• 4.1.3 GCode 中耗材擠出量(E)的計(jì)算40-41
• 4.2 GCode 譯碼模塊設(shè)計(jì)41-46
• 4.2.1 譯碼模塊整體設(shè)計(jì)思路41-43
• 4.2.2 GCode 譯碼模塊的算法設(shè)計(jì)43-44
• 4.2.3 GCode 的譯碼過(guò)程44-46
• 4.3 本章小結(jié)46-47
• 第5章 3D 打印中的直線插補(bǔ)算法47-54
• 5.1 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)47
• 5.2 逐點(diǎn)比較法和 Bresenham 算法的對(duì)比47-51
• 5.2.1 逐點(diǎn)比較法47-48
• 5.2.2 直線 Bresenham 算法48-50
• 5.2.3 改進(jìn)的直線 Bresenham 算法50-51
• 5.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 第6章 結(jié)論及展望54-56
• 6.1 全文結(jié)論54-55
• 6.2 工作展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 致謝59-60
• 附錄：碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和獲得的專(zhuān)利60

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