基于STM32的微喷射成形3D打印设备控制系统设计研究

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微喷射成形技术具有环境适应性强、成形速度快、运行成本低等优点。在成形设备中,喷头作为微喷射成形3D打印设备的核心部件,其喷射模式的控制方式复杂,控制系统的研发成本较高。现有的商用打印设备的喷头精确度高,技术比较成熟。因此,本课题充分利用商用压电式喷头的优势,针对微喷射成形3D打印设备,研发基于STM32的微喷射成形控制系统。基于设备整体结构分析,确立对应的电控、温控及喷射装置方案。通过X、Y、Z轴方向运动特性分析,发现当喷头装置以较快的恒定速度在Y轴步进时,启停产生的震动较大,直接影响打印样品的成形质量。基于此,本课题设计采用梯形曲线加减速算法实现对喷头装置运动的步进控制,以此减小震动造成的成形偏差。控制系统的硬件电路部分以芯片STM32F103VBT6为控制核心,对硬件电路进行功能模块化设计,再对相应的功能模块进行底层程序开发。喷头控制模块有编码器状态的检测与反馈程序、进纸打印程序;运动模块则是以梯形曲线加减速算法程序控制Y轴喷头的步进运动,成形台Z轴的升降以及铺粉运动;温度调节模块通过检测程序测得实际温度,并借助于PID温度控制算法实现对粘结剂的温度智能调控。本系统通过USART串口通讯协议实现下位机与上位机的信息传输。微喷射成形实验表明:基于STM32的控制系统运行稳定,铺粉均匀平整,打印速度每层约为23s,具备高效性。实验过程中当设备以恒定速度步进时,成形样品X轴和Y轴的成形误差在0.16 mm内,Z轴的成形误差在0.20 mm内;而当采用梯形曲线加减速算法实施调控后,成形品在X轴和Y轴的成形误差在0.14 mm内,Z轴的误差在0.16 mm内,打印设备整体精度有所提高,达到了预期效果。
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