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3D打印控制技术分析
本文作者：黄奕，1993年12月29日出生的天才少年，中科大少年班，现在经常往返中科大、港科大、西安交大交流学习。
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黄奕，左二
写在前头：
经常逛南极熊，看看行业最新资讯，但是很少在南极熊发帖，发帖比较麻烦，发高质量的贴子更麻烦。暑假干活太多，包括总结3D打印机的控制技术，对marlin固件进行研究高度概括总结了500多页的ppt。按照一个同学说的如果要讲课够讲一学期了。昨天中秋节在家闲着也是闲着就写了一篇。希望大家不懂的可以学会，水平高的专家可以指正错误，大家一同进步。
一、简介——以reprap为例说明3D打印机的自我复制能力
我们做设计的追求的最高理想就是设计出能够自动设计机器的机器，能够制造出自动制造机器的机器。机床被誉为机器之母，它使我们向能够制造机器的机器迈出了巨大的一步，但是对于自我复制，自己制造自己还难以胜任，快速成型技术弥补了这个缺陷。自3D打印技术的发明以来，众多爱好者进行过很多“自我复制”的实验，做得最好的无疑是reprap。是reprap让3D打印机从几万十几万美元一台，变成现在的一千至几千美元一台，这让许多DIY爱好者能够很方便的打印一些强度不大的非标准件用于各类DIY物品制备。
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2005年，RepRap项目在英国巴斯大学由机械工程高级讲师Adrian Bowyer博士创建。（这是3D打印技术历史上的一件大事，各位同学可以想想自己当时在干嘛）。reprap具有一定程度的自我复制能力，能够打印出大部分其自身（塑料）组件（部分自己制造自己）。
第一代的reprap Darwin
Reprap制造的第一个部件，用来制造一个Reprap。
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右边机器所有的塑料部件，都是被左边机器生产的。
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这种原型机从软件到硬件各种数据都是免费和开源的，都在自由软件协议GNU通用公共许可证GPL之下发布，现在的reprap家族——看图：
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二、3D打印原理及流程简述
1、打印原理 : 熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM）
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2、3D打印机工作流程
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三、3D打印固件简介
1、3D打印控制器
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这是RAMPS1.4很常用很简单的盾板，接口也比较多，SLA也可以用，但是要烧录α固件，做SLS也可以，X轴接X轴， Y轴接Y轴， E1 E2接活塞。
2、机械轴
（1）直角坐标型：XYZ轴互为直角，XY轴通常是由同步带接步进电机来定位的，Z轴则是由丝杆控制的。
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（2）三角爪型：其数学原理跟直角坐标型一样，笛卡尔坐标系原理。只是将XY轴通过三角函数来映射到三个爪的位置上。
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3、开源3D打印机控制软件
（1）部分软件列表
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（2）软件架构
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（3）G Code 解译
将G Code转换成3D Printer的内部控制命令
EX :
G01 X10 Y15.5 F2000
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M109 S180
加热到180度才执行下一行G Code
G Code Interpretation on Sprinter/Marlin
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Source Code
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（4）字符串解析
G Code, M Code, other…
轨迹规划
温度设定
系统参数的设定
delta结构轨迹
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梯形加减速控制
使用步进电机时，通常會以梯形加減速或是 S 型加减速
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Marlin 是使用梯形加減速
步进电机控制轨迹，详细代码可以到marlin固件寻找。
将planner的连续轨迹，转化成步进电机所需的离散脉波
利用Timer ISR来控制脉波的宽度(频率)，用硬件的GPIO产生High & Low
（5）温度控制
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控制周期约为16mS
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（6）PID控制图像
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利用热敏电阻或者热电偶，获取当前温度，用PWM控制电流以达到目标温度。
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