一種支持云服務(wù)的3d打印機(jī)控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及3D打印領(lǐng)域，尤其是支持一種支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是本世紀(jì)最熱門(mén)的技術(shù)之一，尤其熔融型3D打印技術(shù)的低設(shè)備成本和低價(jià)耗材，使得此類3D打印機(jī)逐步成為人們的日常生活工具，甚至成為人人都買(mǎi)得起的3D打印機(jī)。3D打印正在逐步改變?nèi)藗兊纳罘绞?，未?lái)的產(chǎn)品銷售以賣(mài)設(shè)計(jì)為主流，用戶購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)后直接用家用3D打印機(jī)將產(chǎn)品制造出來(lái)。然而，已有的熔融型3D打印機(jī)的使用和操作難度卻很高，要求使用者必須具備一定的專業(yè)知識(shí)，這是普及3D打印的主要障礙。
[0003]以開(kāi)源的MakerBot、Ultimaker、Reprap等恪融型3D打印機(jī)為例，使用者首先須在PC電腦上運(yùn)行切片程序?qū)?D設(shè)計(jì)作品轉(zhuǎn)換成打印文件，然后使用USB傳輸線將打印文件傳輸?shù)?D打印機(jī)的SD卡等存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，最后再啟動(dòng)打印，或使用3D打印機(jī)自帶的按鈕和LCD顯示器選擇打印文件啟動(dòng)打印。眾所周知，USB接口需要安裝專用驅(qū)動(dòng)，而且驅(qū)動(dòng)程序隨操作系統(tǒng)及其版本不同而變化，給很多不熟悉計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝的使用者帶來(lái)麻煩，同時(shí)USB傳輸線質(zhì)量還會(huì)造成打印文件傳輸不完整甚至失敗。為解決這一問(wèn)題，最近出現(xiàn)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(如WIFI、藍(lán)牙)傳輸打印文件，如公開(kāi)號(hào)為CN103223791A的中國(guó)專利，就是通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)3D打印；或者直接讓用戶使用SD卡將打印文件拷貝至3D打印機(jī)后再使用機(jī)身按鈕啟動(dòng)打印，如ZortraxM2003D打印機(jī)。
[0004]進(jìn)入后PC時(shí)代，很多設(shè)備（如iPAD、iPhone等)不支持文件拷貝，源于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的普及，且更方便、更易用。于是，出現(xiàn)基于云的3D打印系統(tǒng)，如專利CN103144447A和CN103747101A。盡管這些專利都提出了基于云的3D打印系統(tǒng)，并沒(méi)有給出支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器設(shè)計(jì)，至多提出對(duì)應(yīng)的3D打印機(jī)控制器必須帶有網(wǎng)卡。事實(shí)上，上述兩專利中所提出的“云打印系統(tǒng)”都是把切片程序搬至云服務(wù)端，僅為現(xiàn)有的3D打印機(jī)控制增加網(wǎng)卡，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)文件傳輸之目的。然而，3D打印機(jī)打印頭的運(yùn)動(dòng)控制對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高，而文件傳輸網(wǎng)絡(luò)是非實(shí)時(shí)的。一般高實(shí)時(shí)性嵌入式控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口能力，所以現(xiàn)有的3D打印機(jī)控制器都是離線打印，使用有線的、無(wú)線的文件傳輸接口，或直接將打印文件拷貝至3D打印機(jī)控制器的SD卡上，然后再啟動(dòng)打印。
[0005]將打印文件先傳輸?shù)交蛑苯涌截愔?D打印機(jī)的SD卡，帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題就是，就是無(wú)法很好地保護(hù)3D設(shè)計(jì)作品的產(chǎn)權(quán)，使花費(fèi)精力設(shè)計(jì)的3D設(shè)計(jì)作品隨意打印。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有3D打印機(jī)的使用和操作上的不足，提供一種支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器，這種控制器不僅適合于使用手持智能設(shè)備（智能手機(jī)/Pad平板電腦）操縱3D打印機(jī)，且免驅(qū)動(dòng)安裝，免拷貝操作;始終在線，從云服務(wù)端到3D打印機(jī)之間采用加密的流文件傳輸，不需要將打印文件保存在3D打印機(jī)的SD卡上，以保護(hù)3D設(shè)計(jì)作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán);成本上相較現(xiàn)有的3D打印機(jī)控制器更低。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0008]一種支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器，主要包括網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元、運(yùn)動(dòng)控制單元；
[0009]網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元包括Ethernet接口、WIFI接口及網(wǎng)絡(luò)處理器，所述的網(wǎng)絡(luò)處理器能夠執(zhí)行Ethernet和WIFI接口、TCP/IP協(xié)議棧，能夠獨(dú)立與云服務(wù)端通訊，以實(shí)現(xiàn)在線3D打印所必須的網(wǎng)絡(luò)接口與控制，能夠與運(yùn)動(dòng)控制單元通訊，以實(shí)現(xiàn)3D打印數(shù)據(jù)和狀態(tài)等信息交換；
[0010]運(yùn)動(dòng)控制單元包括3D打印運(yùn)動(dòng)控制器和3D打印所必須的驅(qū)動(dòng)器和傳感器接口，所述的3D打印運(yùn)動(dòng)控制器采用高實(shí)時(shí)性能的微控制器作為中央處理器，實(shí)現(xiàn)打印頭的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)、喂料和擠出的實(shí)時(shí)控制等；
[0011]網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元還包括緩存控制裝置，緩存控制裝置根據(jù)3D打印數(shù)據(jù)流的大小及網(wǎng)絡(luò)速度來(lái)調(diào)整3D打印數(shù)據(jù)流的請(qǐng)求速度；
[0012]運(yùn)動(dòng)控制單元與網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元通過(guò)同步串行或異步串行接口實(shí)現(xiàn)雙向信息交換。
[0013]上述的一種支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器，所述的網(wǎng)絡(luò)處理器為帶智能路由功能的中央處理器。
[0014]上述的一種支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器，所述的網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元還包括與之連接的相機(jī)、及用于存儲(chǔ)相機(jī)攝像畫(huà)面的存儲(chǔ)器;還包括與網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元連接的一組用于相機(jī)照明的LED。
[0015]本實(shí)用新型網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元采用具有文件網(wǎng)絡(luò)處理和大容量緩存的高性能網(wǎng)絡(luò)處理器作為CPU，其Ethernet端口可以直接與公共網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，以實(shí)現(xiàn)與云服務(wù)端通訊，此時(shí)WIFI接口作為主站(AP)，允許智能設(shè)備（智能手機(jī)、PAD平板電腦等)透過(guò)支持云服務(wù)的3D打印機(jī)控制器與云服務(wù)端通訊。當(dāng)采用無(wú)線方式時(shí)，3D打印機(jī)控制器通過(guò)WIFI接口與路由器連接，借助于路由器連接到云服務(wù)端，此時(shí)WIFI接口工作在STA模式，3D打印操作者所用的智能設(shè)備(手機(jī)/PAD平板電腦)與路由器連接，進(jìn)而連接到云服務(wù)端。
[0016]網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元和運(yùn)動(dòng)控制單元之間采用串行接口雙向通訊，兩單元的兩個(gè)CPU協(xié)作實(shí)現(xiàn)云服務(wù)的3D打印。一個(gè)CPU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通訊，一個(gè)CPU負(fù)責(zé)3D打印頭的控制驅(qū)動(dòng)。
[0017]3D打印機(jī)還包括執(zhí)行器和傳感器單元，這一單元是指一般的熔融型3D打印機(jī)必需的馬達(dá)、加熱器、風(fēng)扇、位置傳感器和溫度傳感器等;通常使用的供電電源能輸出穩(wěn)定的直流3.3V、5V和24V，分別作為雙CPU及其外圍器件、USB端口和USB相機(jī)、執(zhí)行器和傳感器接口的工作電源。
[0018]網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元通過(guò)USB端口連接USB相機(jī)和照明LED，照明LED作為USB相機(jī)采集視頻流/拍照的輔助光，同時(shí)也為觀察者提供輔助光。USB相機(jī)用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)3D打印過(guò)程，USB相機(jī)采集打印過(guò)程的視頻流/照片，并實(shí)施必要的壓縮，網(wǎng)絡(luò)處理器將這些信息傳輸至云服務(wù)端，操作者可借助于智能設(shè)備連接至云服務(wù)端，隨時(shí)隨地可以查看實(shí)時(shí)打印過(guò)程。
[0019]網(wǎng)絡(luò)接口與控制單元，處理器外圍還包括必需的存儲(chǔ)器(FlashROM和DDR2)，其中的DDR2(即內(nèi)存)容量有一定的要求，至少能滿足運(yùn)行具有網(wǎng)絡(luò)功能的操作系統(tǒng)(如Linux)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和視頻流/照片采集和處理，以及數(shù)十兆字節(jié)的3D打印文件緩存能力。
[0020]運(yùn)動(dòng)控制單元采用高實(shí)時(shí)性的微控制器作為CPU，以實(shí)現(xiàn)流暢的3D打印。運(yùn)動(dòng)控制單元還包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、PWM(脈寬調(diào)制)驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)信號(hào)處理單元、溫度信號(hào)處理單元及狀態(tài)指示LED。微控制器能夠輸出若干路高速脈沖信號(hào)以及若干個(gè)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向、使能控制信號(hào)，用于控制3D打印機(jī)的執(zhí)行器和傳感器單元的馬達(dá)，以實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)打印頭在三維方向上的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)和喂料電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
[0021 ] 運(yùn)動(dòng)控制單元的微控制器能夠輸出若干路PWM信號(hào)，通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)器，用于控制3D打印機(jī)的執(zhí)行器和傳感器單元的加熱器。
[0022]運(yùn)動(dòng)控制單元的微控制器具有若干路模擬輸入通道，與3D打印機(jī)的若干路溫度信號(hào)處理單元的輸出連接，用于監(jiān)測(cè)打印頭上加熱器的溫度。運(yùn)動(dòng)控制單元的微控制器具有閉環(huán)溫度控制能力，根據(jù)若干路模擬輸入的電壓值，計(jì)算出打印頭上若干個(gè)加熱器的實(shí)際溫度，并調(diào)整PWM信號(hào)的占空比，使加熱器溫度盡可能穩(wěn)定在設(shè)定溫度。
[0023]運(yùn)動(dòng)控制單元的開(kāi)關(guān)信號(hào)處理單元與3D打印機(jī)的執(zhí)行器與傳感器單元的位置傳感器連接，并把信號(hào)調(diào)理至微控制器允許的電平電壓范圍，實(shí)現(xiàn)x-、y-、z-三維方向的最小和最大位置監(jiān)測(cè)。
[0024]運(yùn)動(dòng)控制單元的微控制器能夠輸出若干路可編程開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)過(guò)若干個(gè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器間接控制所述的執(zhí)行器與傳感器單元的風(fēng)扇開(kāi)關(guān)。狀態(tài)指示LED，用于指示所述的運(yùn)動(dòng)控制單元的運(yùn)行狀態(tài):正常/故障、空閑、打印中/暫停狀態(tài)。
[0025]鑒于目前終端設(shè)備與云服務(wù)端的通訊使用TCP/IP協(xié)議棧，采用http I. I標(biāo)準(zhǔn)或直接socket(套接字)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩者之間傳輸打印文件是非實(shí)時(shí)的，隨著公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化，傳輸速度沒(méi)有任何保障，甚至斷網(wǎng)。這給云3D打印帶來(lái)諸多難度，因?yàn)?D打印過(guò)程要求打印頭運(yùn)動(dòng)和喂料過(guò)程必須是流暢的。
[0026]本實(shí)用新型采用雙CPU架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)處理器負(fù)責(zé)定位打印資源，請(qǐng)求、緩存