Введение 5
1 Анализ задания и обоснование выбранного решения 6
1.1 Обзор источников информации по предметной области 6
1.2 Конкретные примеры существующих аналогов 3D- комплексов 8
1.2.1 Принтер Flying Bear Ghost 9
1.2.2 Принтер Creality Ender 3 10
1.2.3 Принтер Two Trees Sapphire Pro 12
1.2.4 Принтер Flsun Q5 Delta 13
1.2.5 Принтер Flying Bear Aone 2 15
1.3 Критерии выбора принимаемого решения 16
2 Разработка аппаратной части комплекса реализации 3D- моделей 19
2.1 Информационная модель системы управления комплекса 19
2.2 Схема электрическая структурная системы управления 20
2.3 Обоснование выбора функциональных узлов 20
2.4 Плата управления Arduino Mega 2560 22
2.5 Плата расширения RAMPS 1.4 23
2.6 Компоненты к RAMPS 1.4 24
2.6.1 Шаговые двигатели 24
2.6.2 Драйверы шаговых двигателей 26
2.6.3 Нагревательный стол 27
2.6.4 Термисторы 28
2.6.5 Концевые переключатели 29
2.6.6 LCD дисплей 30
2.6.7 Вентилятор 12V радиатора холодной части 31
2.7 Разработка схемы электрической функциональной системы
управления 33
3 Физическая реализация АПК 35
3.1 Разработка схемы электрической принципиальной прототипа модуля
управления 35
3.2 Подключение компонентов к RAMPS 1.4: 36
3.3 Конструктивные изменения и поэтапное соединение узлов 42
3.4 Агрегатирование программного обеспечения микроконтроллерного
уровня 44
3.4.1 Открытый проект «Marlin Firmware» 44
3.4.2 Среда разработки Arduino IDE 44
3.5 Загрузка прошивки в плату управления 45
4 Тестирование системы управления на натурном макете 47
4.1 Проверка направления шаговых двигателей 47
4.2 Проверка точности работы экструдера 47
4.3 Калибровка PID экструдера 49
4.4 Проверка точности перемещения печатающей головки 49
Заключение 52
Список использованных источников 53
Приложения должны быть в работе, но в настоящий момент отсутствуют.
Использование современных SD-принтеров имеет ряд преимуществ, таких как снижение стоимости производства, сокращение времени выхода продукции на рынок, моделирование элементов любой формы и степени сложности, высокая точность печати и возможность использования различных материалов. В ближайшее время снижение стоимости устройств для SD-печати расширит границы и откроет новые возможности для применения трехмерной печати.
Актуальность разработки аппаратно-программного комплекса и системы управления SD-комплексом состоит в том, чтобы спроектировать и реализовать прототип, не уступающий серийным комплексам, и сделать прототип более доступным для индивидуального использования, который позволит достичь более высокой эффективности и точности в работе с физическими SD-моделями. Прототип позволяет упростить и автоматизировать процесс создания трехмерных моделей, управлять этапами печати, контролировать качество печати и управлять модернизированными функциональными узлами более эффективно, что можно применять в различных отраслях промышленности, а также в учебных целях.
Целю данной выпускной квалификационной работы является: разработка прототипа аппаратно-программного комплекса для реализации физических SD-моделей на микроконтроллерной основе.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать задачи и обосновать выбор принимаемого решения;
- описать объект управления, разработать информационную модель процесса управления объектом (аппаратно-программным комплексом-АПК) и схемы электрической структурной на ее основе;
- реализовать аппаратную и конструкторскую часть АПК;
- протестировать АПК и в том числе систему управления;
В рамках выполнения выпускной квалификационной работы была произведена оценка современного состояния аппаратно-программных комплексов для создания физических SD-моделей.
При этом был произведен выбор структуры аппаратного обеспечения для разрабатываемого прототипа электромеханического агрегата (ЭМА) ЗЭ-принтера. Была разработана информационная модель процесса управления ЭМА SD-принтера, на основе которой были разработаны схемы электрические структурная и функциональная системы управления ЭМА.
Также были выполнены конструктивные модификации ЭМА, устранены проблемы базовой модели и разработана схема электрическая принципиальная прототипа модуля управления на выбранной микроконтроллерной платформе.
Далее было выполнены агрегатирование аппаратного, конструктивного уровня всей системы управления электромеханического агрегата, а также программного микроконтроллерного уровня управления.
Результаты работы были апробированы в виде эксперимента, в котором реально использовался макет ЭМА при печати физической SD-модели тестового куба.
Все задачи, поставленные в ВКР, были успешно выполнены, а содержание работы отражает ее название.
На основании всего вышесказанного можно сделать вывод, что выбранный подход по проектированию SD-принтера на основе открытых проектов является эффективным и позволяет получить аппаратно-программный комплекс высокого качества, который в дальнейшем может быть доработан и модернизирован для собственных потребностей.
