張歡 余麗 江蘇食品藥品職業(yè)技術學院 機電工程學院

引言：3D打印技術的實現(xiàn)，現(xiàn)已應用到部分企業(yè)之中，因其快速成型的特性，可提升企業(yè)的工作效率。實現(xiàn)對3D打印機的遠程操控，應選擇正確的主控制器芯片、并對3D打印設備進行正確結構分析，選取正確組件完成對打印設備的組建。在進行設計時，通過對元器件的選擇，并以其高效的傳輸系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)信息進行穩(wěn)定傳輸，可達到其精準的操控性。

1 3D打印機原理構造

1.1 3D打印機構造

3D打印機基于計算機網(wǎng)絡的衍生設備，可對物體進行立體打印，但其打印出的物體只是以模型的形態(tài)存在，不具備具體功能。當前3D打印機技術的不斷成熟，現(xiàn)已被應用到多領域中。在部分制造業(yè)中，通過計算機的三維立體建模，對3D打印機執(zhí)行命令，直接對零件進行加工，可提升整體工作效率。3D打印機由多種技術進行實現(xiàn)，通過技術之間銜接使整個系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，其包括機械自動化工程技術、分層式加工技術、網(wǎng)絡計算機傳輸技術和伺服驅(qū)動器操控技術。

3D打印機在主要由控制系統(tǒng)模塊、動力傳輸模塊、壓力擠出模塊和加工平臺等組成。其中控制系統(tǒng)模塊主要是對指令信息進行掃描；動力傳輸模塊負責在系統(tǒng)中對材料進行試壓；壓力擠出模塊主要對加工材料進行加熱，材料通過加熱變形，然后對其進行壓力擠出；加工平臺為系統(tǒng)提供物體加工場地，通過物體在平臺X、Y、Z軸進行相應移動，以滑桿、滑車、導軌和電動機等為聯(lián)動裝置，通過聯(lián)動定位使物體在加工平臺上進行精確路徑移動。

1.2 3D打印機原理

3D打印機作為積累性制造技術的代表，可通過對材料的加工使其可快速成型，其系統(tǒng)運行基于數(shù)字建模，通過數(shù)據(jù)信息的指令使其進行加工。當前一般采用綜合性能較高的蠟質(zhì)材料、粉末狀金屬材料和粘合性能較強的塑料，在加工過程中以堆積的方式，將材料進行層層累積，在加工臺上展現(xiàn)出立體結構。系統(tǒng)在運行過程中，3D打印機通過讀取計算機的建模文件信息，由壓力擠出模塊對材料進行加熱，使材料具有可塑性，并將可塑性材料由動力裝置擠壓在工作臺上，通過逐層遞增的方式對物料進行增加，控制系統(tǒng)對上級信息讀取并進行G-Code指令傳輸，使打印機的操作流程按照建模信息進行工作。通過3D打印顯示器可觀察到當前工作狀態(tài)，并可直觀對X、Y、Z軸進行動態(tài)式了解，在進行設計時，采用的主控制器芯片為Arduino Altmega2560型號,Ramp1.5為平臺控制主板。

2 安卓平臺中3D打印機設計

隨著3D打印技術的不斷發(fā)展，以其個性化、創(chuàng)意化、簡潔化等作為主要發(fā)展方向，在進行相應設計時，以安卓平臺（Android）為基礎，搭建遠程控制系統(tǒng)，完成對3D打印機的設計。由于Android平臺的應用廣泛，可使用智能手機和便攜式電腦完成對3D打印機的控制，通過技術的融合可使提升3D打印機的工作效率。此次對基于Android平臺的3D打印機進行設計，以無線連接為主，通過網(wǎng)絡對信息進行傳輸達到遠程控制的效果，其加工工藝以熔積成型技術為主，將可塑性材料通過在壓力噴頭裝置進行加熱融化，以沉積材料的方式進行逐層積累，完成對模型的構建。在整體設計過程中，其市面常見的搭載Android平臺的智能手機作為控制終端，在3D打印機內(nèi)安置與手機匹配的藍牙傳輸系統(tǒng)，藍牙設備裝置的安裝是實現(xiàn)遠程控制的基礎，并應進行調(diào)試，保證系統(tǒng)可流暢運行。如圖一所示

圖一 整體系統(tǒng)結構

3 安卓平臺中3D打印機遠程控制系統(tǒng)實踐路徑

選取適用型藍牙系統(tǒng)將Android平臺與3D打印設備進行連接，此運行系統(tǒng)選用HC-06無線藍牙模塊，可對數(shù)據(jù)信息進行串口式透傳，其可對數(shù)據(jù)信息進行穩(wěn)定性傳輸。HC-06藍牙模塊使用跳頻技術，可對3D打印機設備進行BR射頻使數(shù)據(jù)達到高速傳輸，將藍牙模塊調(diào)整為單信道傳輸模式，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳市浴?/p>

選用的控制主板Ramp1.5應選擇雙引腳串口模式，將HC-06無線藍牙模塊相連接，提升內(nèi)部信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，應在串口接點出進行加固，防止在加工過程中產(chǎn)生的振動使引腳處接觸不良，導致無法進行藍牙控制。Arduino Altmega2560主控制器芯片在使用前，應對其進行檢查防止其搭載其它平臺，導致平臺不兼容等情況。選取新代Arduino Altmega2560為主控制器芯片，主要其對復位電路進行優(yōu)化，使設備可進行格式化，其接口芯片也搭載了ATmega8U2，可提升其傳輸速度。通過與Android平臺系統(tǒng)連接，將其傳輸波特率設定為115200bps，在此速率下可使信息進行高效傳輸，可使無線控制范圍增大，且具有一定的穿透能力，經(jīng)實際測得，其可控范圍約為15m。

對智能終端設備進行選擇時，依據(jù)當前市場的主環(huán)境下，選擇搭載Android平臺的智能手機作為控制終端（上位機），以集成開發(fā)環(huán)境（Eclipse）為主研發(fā)平臺。在進行操作時首先打開智能設備app，打開藍牙端口，并對G-Code指令進行輸出，在打開智能設備時，對3D打印機進行通電，將其與終端進行藍牙相連，并接受手機的G-Code指令，通過指令傳輸使3D模型進入工作狀態(tài)，使系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，通過噴頭加熱擠壓模式對材料進行導出，完成對3D模型的構建。在對3D打印機設備進行調(diào)控時，應對設備的三維坐標系進行重置調(diào)節(jié)，并設置相應的起始位置，應添加相應的輔助設備，使機器進入可持續(xù)運行狀態(tài)，加裝相應的冷循環(huán)系統(tǒng)，使3D打印機設備在工作過程中產(chǎn)生高溫得以降低，進而提升3D打印機的工作效率。

4 結語

綜上所述，通過對3D打印機進行結構分析，對工作原理進行研究，在此基礎上對3D打印機進行設計。通過選用Android平臺作為操控終端，選擇Arduino Altmega2560為主控制器芯片，無線傳輸系統(tǒng)以HC-06無線藍牙模塊為主，進行主系統(tǒng)的設計，使其可對數(shù)據(jù)信息進行穩(wěn)定的傳輸，通過對整體操控指令的設計優(yōu)化，可使其工作流程更為流暢。在3D打印設備進行工作時，設置相應的輔助設備，可提升3D打印設備的運行速率。