Разработка программно-аппаратного комплекса системы управления приводами 3D-принтера
27.02.2015
Разработка программно-аппаратного комплекса системы управления приводами 3D-принтера
Основной идеей данной работы является адаптация трехмерной печати под рынок Украины; для этой цели были выбраны самые доступные и недорогие материалы.Трехмерные принтеры являются одной из форм аддитивного производства, где объект создается путем наложения последовательных слоёв разнотипных материалов.
К самым доступным технологиям печати можно отнести FDM (Fused Deposition Modeling) – это метод послойного нанесения расплавленного пластика, и SLA (Stereo Lithography Apparatus) – метод отвердения фотополимерных жидкостей, которые твердеют под действием лазерного луча. Погрешность этих методов обусловлена тем, что присутствует нагрев и охлаждение материала, при котором усадка достигает трех процентов. Такую погрешность можно рассчитать при проектировании модели.
Также в данных методиках трехмерной печати присутствует погрешность от механических неточностей и электропреград при подаче сигналов к двигателям.
Основной причиной таких ошибок является проблема позиционирования платформы и сопла. При перемещении сопла
относительно детали присутствуют проблемы размера шага, дрожь при остановке и удерживании каретки с печатающими головками и направляющими этой каретки, что обусловлено весом данной конструкции, который достигает полутора килограммов. Дрожь возникает при недостаточной силе тока или недостаточный электродвижущей силы.
Неточное позиционирование возникает при превышении вышеперечисленных характеристик. Недостаточность силы тока и ЭДС возникает в следствие неправильно подобранного драйвера шагового двигателя и подачи некорректных управляющих сигналов. Именно поэтому домашний трехмерная печать так медленно распространяется.
В работе была реализована FDM-технология с использованием полимерной смолы в виде пластиковой струны, которая плавится при температуре 100-130 градусов и не является токсичной.
Для выполнения поставленной задачи проанализированы существующие системы управления трехмерными принтерами. Разработана система управления приводами трехмерного принтера на базе микроконтроллера ATmega 2560 и связующей платы расширения RAMPS.
Проанализированы существующие шаговые двигатели и выбраны
двухфазовые гибридные шаговые двигатели. Шаговые двигатели такого типа имеют большую точность и управлять ими можно в микрошаговом режиме, что на порядок увеличивает точность позиционирования. Характеристиками двигателя ограничивается размер печатаемого 3D-объекта. В реализованном 3D-принтере максимально достижимый размер объекта 50х50х50 см.
Для управления двигателями был выбран драйвер шаговых двигателей Allegro 4988 с возможностью ШИМ и настройкой тока и напряжения с помощью потенциометра.
Разработано программное обеспечение на языке Python с использованием кроссплатформенных библиотек для возможности передачи управляющих команд приводам трехмерного принтера. Для обработки управляющих команд было разработано встроенное программное обеспечение на основе программного обеспечения Marlin с возможностью анализа следующих шагов, возможностью записи настроек в EEPROM без необходимости подключения к компьютеру. Для точности позиционирования проанализированы кинематические схемы существующих устройств и заменено два типа передач для более плавного движения и точного позиционирование печатающей головки.
Разработанная система позволяет не только повысить точность печати, но и за счет модульного типа предоставляет возможность подстройки ее для шаговых двигателей разной мощности.
Предлагаемый 3D-принтер позволяет в домашних условиях, а также в условиях SOHO/SMB-предприятий создавать макеты архитектурных и дизайнерских решений, а также детали для срочного ремонта производственного оборудования.
Год работы: 2014
Конкурсант: Удовиченко Дмитрий Олегович
Страна: Украина
Область: Николаевская область
Название УЗ (рус): Черноморский государственный университет им. Петра Могилы
Участник нац.финала: Да
Участник международного финала: Нет
