詳解3D打印機控制原理

和通常我們見到的打印機一樣，3D打印機也是由控制電路、驅動電路、數據處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個部分構成。重慶大學自動化學院羅克韋爾實驗室將閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機拆解開來，對其主要元器件逐個進行分析。

從外觀來看，采用FDM熔融層積成型技術面相的個人消費者的3D打印機的結構并不復雜，甚至有點簡陋，不過也正是這樣的原因才能夠將3D打印機的價格從幾萬甚至幾十萬美元降低到幾千元人民幣。目前，消費級的3D打印機主要都由PC電源、主控電路、步進電機及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個部分組成，外面用木板來固定，采用非密閉式鑄模平臺。我們測試的這款閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機相對比較高端，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進行打印控制，還能夠插入儲存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來進行控制打印。

我們可以看到其核心是一塊采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進電機數據，交給4個步進電機控制電路進行控制，然后讓步進電機控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動、噴頭的垂直移動和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實體模型。

從硬件結構上來說，閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機并不復雜，成本也并不是太高，據重慶大學自動化學院副院長林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右，一套步進電機和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價超過200元后，自動化學院的廖孝勇老師笑著對我們說，這個電源可能是這款打印機里面硬件成本最高的配件。

工作中的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機，其X軸和Y軸采用皮帶傳動，Z軸為精度更高的螺桿傳動，左側的白色塑料絲就是3D打印的原材料

原本直徑為1.7mm的ABS塑料絲經過溫度高達225℃的高溫噴頭，噴出直徑為0.4mm的細絲

步進電機控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開始逐層打印

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機由主電路板、4個步進電機控制電路板、1個噴頭控制電路板構成

主電路板采用標準的PC電源接口，所有步進電機控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號都由主電路板發出

以ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板

單芯片的步進電機控制電路，結構也非常簡單