一种支持云服务的3D打印机控制器制造技术

一种支持云服务的3D打印机控制器，主要包括网络接口与控制单元、运动控制单元；网络接口与控制单元包括Ethernet接口、WIFI接口、网络处理器及数据缓存控制装置，能够独立与云服务端通讯，能与运动控制单元通讯，以实现3D打印数据和状态等信息交换；运动控制单元包括采用高实时性能的微控制器作为中央处理器，实现打印头的实时运动、喂料和挤出的实时控制等；运动控制单元与网络接口与控制单元通过同步串行或异步串行接口实现双向信息交换。本发明专利技术采用双CPU架构，协作实现云服务的3D打印，有效地满足非实时网络的文件传输和实时性要求较高的3D打印控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印领域，尤其是支持一种支持云服务的3D打印机控制器。
技术介绍
3D打印是本世纪最热门的技术之一，尤其熔融型3D打印技术的低设备成本和低价耗材，使得此类3D打印机逐步成为人们的日常生活工具，甚至成为人人都买得起的3D打印机。3D打印正在逐步改变人们的生活方式，未来的产品销售以卖设计为主流，用户购买产品设计后直接用家用3D打印机将产品制造出来。然而，已有的熔融型3D打印机的使用和操作难度却很高，要求使用者必须具备一定的专业知识，这是普及3D打印的主要障碍。以开源的MakerBot、Ultimaker、Reprap等恪融型3D打印机为例，使用者首先须在PC电脑上运行切片程序将3D设计作品转换成打印文件，然后使用USB传输线将打印文件传输到3D打印机的SD卡等存储介质内，最后再启动打印，或使用3D打印机自带的按钮和LCD显示器选择打印文件启动打印。众所周知，USB接口需要安装专用驱动，而且驱动程序随操作系统及其版本不同而变化，给很多不熟悉计算机驱动安装的使用者带来麻烦，同时USB传输线质量还会造成打印文件传输不完整甚至失败。为解决这一问题，最近出现使用无线网络(如WIF1、蓝牙)传输打印文件，如公开号为CN103223791A的中国专利，就是通过无线数据传输模块来驱动3D打印；或者直接让用户使用SD卡将打印文件拷贝至3D打印机后再使用机身按钮启动打印，如ZortraxM2003D打印机。进入后PC时代，很多设备(如iPAD、iPhone等)不支持文件拷贝，源于移动网络的普及，且更方便、更易用。于是，出现基于云的3D打印系统，如专利CN103144447A和CN103747101A。尽管这些专利都提出了基于云的3D打印系统，并没有给出支持云服务的3D打印机控制器设计，至多提出对应的3D打印机控制器必须带有网卡。事实上，上述两专利中所提出的“云打印系统”都是把切片程序搬至云服务端，仅为现有的3D打印机控制增加网卡，以达到网络文件传输之目的。然而，3D打印机打印头的运动控制对实时性要求极高，而文件传输网络是非实时的。一般高实时性嵌入式控制系统的网络接口能力，所以现有的3D打印机控制器都是离线打印，使用有线的、无线的文件传输接口，或直接将打印文件拷贝至3D打印机控制器的SD卡上，然后再启动打印。将打印文件先传输到或直接拷贝至3D打印机的SD卡，带来另一个问题就是，就是无法很好地保护3D设计作品的产权，使花费精力设计的3D设计作品随意打印。
技术实现思路
为了克服现有3D打印机的使用和操作上的不足，提供一种支持云服务的3D打印机控制器，这种控制器不仅适合于使用手持智能设备(智能手机/Pad平板电脑)操纵3D打印机，且免驱动安装，免拷贝操作；始终在线，从云服务端到3D打印机之间采用加密的流文件传输，不需要将打印文件保存在3D打印机的SD卡上，以保护3D设计作品的知识产权；成本上相较现有的3D打印机控制器更低。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种支持云服务的3D打印机控制器，主要包括网络接口与控制单元、运动控制单元；网络接口与控制单元包括Ethernet接口、WIFI接口及网络处理器，所述的网络处理器能够执行Ethernet和WIFI接口、TCP/IP协议栈，能够独立与云服务端通讯，以实现在线3D打印所必须的网络接口与控制，能够与运动控制单元通讯，以实现3D打印数据和状态等信息交换； 运动控制单元包括3D打印运动控制器和3D打印所必须的驱动器和传感器接口，所述的3D打印运动控制器采用高实时性能的微控制器作为中央处理器，实现打印头的实时运动、喂料和挤出的实时控制等； 网络接口与控制单元还包括缓存控制装置，缓存控制装置根据3D打印数据流的大小及网络速度来调整3D打印数据流的请求速度；运动控制单元与网络接口与控制单元通过同步串行或异步串行接口实现双向信息交换。上述的一种支持云服务的3D打印机控制器，所述的网络处理器为带智能路由功能的中央处理器。上述的一种支持云服务的3D打印机控制器，所述的网络接口与控制单元还包括与之连接的相机、及用于存储相机摄像画面的存储器；还包括与网络接口与控制单元连接的一组用于相机照明的LED。本专利技术网络接口与控制单元采用具有文件网络处理和大容量缓存的高性能网络处理器作为CPU，其Ethernet端口可以直接与公共网络设备连接，以实现与云服务端通讯，此时WIFI接口作为主站(AP)，允许智能设备(智能手机、PAD平板电脑等)透过支持云服务的3D打印机控制器与云服务端通讯。当采用无线方式时，3D打印机控制器通过WIFI接口与路由器连接，借助于路由器连接到云服务端，此时WIFI接口工作在STA模式，3D打印操作者所用的智能设备(手机/PAD平板电脑)与路由器连接，进而连接到云服务端。网络接口与控制单元和运动控制单元之间采用串行接口双向通讯，两单元的两个CPU协作实现云服务的3D打印。一个CPU负责数据的网络通讯，一个CPU负责3D打印头的控制驱动。3D打印机还包括执行器和传感器单元，这一单元是指一般的熔融型3D打印机必需的马达、加热器、风扇、位置传感器和温度传感器等；通常使用的供电电源能输出稳定的直流3.3V、5V和24V，分别作为双CPU及其外围器件、USB端口和USB相机、执行器和传感器接口的工作电源。网络接口与控制单元通过USB端口连接USB相机和照明LED，照明LED作为USB相机采集视频流/拍照的辅助光，同时也为观察者提供辅助光。USB相机用于远程监测3D打印过程，USB相机采集打印过程的视频流/照片，并实施必要的压缩，网络处理器将这些信息传输至云服务端，操作者可借助于智能设备连接至云服务端，随时随地可以查看实时打印过程。网络接口与控制单元，处理器外围还包括必需的存储器(FlashROM和DDR2)，其中的DDR2(即内存)容量有一定的要求，至少能满足运行具有网络功能的操作系统(如Linux) ,TCP/IP网络协议栈和视频流/照片采集和处理，以及数十兆字节的3D打印文件缓存能力。运动控制单元采用高实时性的微控制器作为CPU，以实现流畅的3D打印。运动控制单元还包括马达驱动器、PWM(脉宽调制)驱动器、开关驱动器、开关信号处理单元、温度信号处理单元及状态指示LED。微控制器能够输出若干路高速脉冲信号以及若干个马达的旋转方向、使能控制信号，用于控制3D打印机的执行器和传感器单元的马达，以实现3D打印机打印头在三维方向上的实时运动和喂料电机的运动。运动控制单元的微控制器能够输出若干路PffM信号，通过PffM驱动器，用于控制3D打印机的执行器和传感器单元的加热器。运动控制单元的微控制器具有若干路模拟输入通道，与3D打印机的若干路温度信号处理单元的输出连接，用于监测打印头上加热器的温度。运动控制单元的微控制器具有闭环温度控制能力，根据若干路模拟输入的电压值，计算出打印头上若干个加热器的实际温度，并调整PWM信号的占空比，使加热器温度尽可能稳定在设定温度。运动控制单元的开关信号处理单元与3D打印机的执行器与传感器单元的位置传感器连接，并把信号调理至微控制器允许的电平电压范围，实现X-、1-、Z-三维方向的最小和最大位置监测。运动控制单元的微控制器能够输出若本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持云服务的3D打印机控制器，主要包括网络接口与控制单元、运动控制单元；其特征在于：网络接口与控制单元包括Ethernet接口、WIFI接口及网络处理器，所述的网络处理器能够执行Ethernet和WIFI接口、TCP/IP协议栈，能够独立与云服务端通讯，以实现在线3D打印所必须的网络接口与控制，能够与运动控制单元通讯，以实现3D打印数据和状态等信息交换；运动控制单元包括3D打印运动控制器和3D打印所必须的驱动器和传感器接口，所述的3D打印运动控制器采用高实时性能的微控制器作为中央处理器，实现打印头的实时运动、喂料和挤出的实时控制等；网络接口与控制单元还包括缓存控制装置，缓存控制装置根据3D打印数据流的大小及网络速度来调整3D打印数据流的请求速度；运动控制单元与网络接口与控制单元通过同步串行或异步串行接口实现双向信息交换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠飞，金庆仙，王睿，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33