3D打印电子控制系统介绍

工业级别的3d打印机存在于世有30年左右的时间了，但是桌面级别也只是近几年才流行起来的玩意。对于大部分人来说，荷包饱满的便去购买一些如Makerbot公司的Replicator(2/2X)类的消费级产品，      不想花销太多又有些技术的人们便有了另外的选择，自己动手做一台出来，机械件的布局，摆位，终归遵循XYZ三轴的空间定理，所以没有太多新奇的花样，除了摇臂形式与其他人不同，其它的基本都差不太多。（这里提到的都是打印塑料的机器，还有激光射向特殊液体由温度变化而产生结晶类的液体3D打印机，还有工业使用的粉尘类的，还有更加昂贵的金属3D打印，都不在此次讨论的范畴当中）那么就有很多各种各样的中央控制板供大家挑选，他们又有什么区别？哪个好？

 纵观所有这些板子的制造商来说，原理都是这样的：

 母版：基于ATMEL芯片的ARDUINO嵌入式开发板  集线板：类似RAMPS这样的附加的排针插板，做集线总器使用  电机驱动器：类似Pololu或者StepStick或者Botstep这类的有排针的小板子，都基于Allegro公司的A4988，A4982，A4983等等控制芯片，也有采用其它公司的运动控制芯片的如ST，但是极少数。 LCD控制器：20x4的点阵字符液晶显示器，128X64的点阵图像液晶显示器，这些造价比较低廉，还有人用了分辨路较高的3或4寸的TFT彩色液晶触摸显示器，但是总的来讲，除了Replicator这类的比较成型的商品化产品，LCD控制器不是必须的，只是实现了脱机打印，意思就是不必靠旁边的电脑一直传输指令教给打印头如何运动。但事实上还是要把模型转换然后存贮到SD卡上再插到这个上面来打印。但以后如果无线指令传输打印实现了的话，它就没有什么用途了。

 原理谈完了那么就来说说实例

大部分人的中央控制系统：

 独立的母版Arduino Mega 2560 + 集线板（ramps）+ 电机驱动器（A4988）+ LCD控制器 （可有可无）

 现在趋势是把母版上面的所有元件或有用的都和集线板结合起来 比如Makerbot的这个板子就是这样，然后再搭配电机驱动器板，再加上LCD控制器

 但是也有直接把所有都做一块的，比如Smoothieboard（奶昔板）就是，也还是基于ATMEL的32位处理器，加上集线口，加上集成的步进电机驱动模块，就是大伙通常喊的“一揽子”板子。  代表作就是RepRapPro（出了三个打印头的）用的Melzi（梅尔兹），   4pi(4π)， Smoothieboard(奶昔板)。它是基于NXP处理器的。。[曾经是我关注最多的板子]    它们的优点就是一切全部集成化，板子所占面积较小。但是缺点就是集成化后，想要是改用其中的部件如步进电机驱动器，就不太可能了，不知道发热量好不好控制。。。。这样来看，就没有RAMPS这种模块化的设计好。当然了，对于不是太过喜欢折腾的家伙来说，装好的东西体积越小越轻便越好，那么这些一揽子板子就是他们不二的选择。

 总的来讲，万变不离其宗，全都是基于ATMEL的8位也好，16位也好甚至32位架构也好，反正都是ATMEL的芯片，所以这也就给了大家都用差不多的固件处理系统的可能性。目前为止较为常见的两种开源的处理固件是：Marlin（玛琳）和Sprinter(斯普林特/S打印机)，Marlin最为著名。基本上每个人都能支持它，所以它的开发度也最好（因为用的人多嘛），目前支持LCD控制器甚至稍作修改支持TFT彩屏触摸控制器就是它。

 这个有个最好的点就是不管是Marlin 还是 Sprinter，都是基于ATMEL的，换句话说，它们的固件编写语言都是嵌入式开发板Arduino的语言。   Arduino的编程语言属于高级语言，比C语言要高级的多，也就是说它的命令种类并不多，比较容易上手学习，且全世界开发它的人不可胜数，文字视频教程一抓一大把，配套的各种扩展板（例如红外温感，震动感应，运动感应，数据传输，无线WIFI，蓝牙，网口，等等等等等）也有好几十种。这也为大家日后修改固件提供可能性。虽然仍旧是编程，对于大多数人来说仍旧不简单，但是至少研习它一下的可能性要高很多。 题外话：桌面级别的几个机械臂，其中就有基于Arduino开发的，还有现在比较火的多轴飞行器，也有很多是基于它开发出来的。全都是开源的。优点不可估量。简单的面包板加上跳线和元件，只要稍作学习很快便能设计出很出色的电路来。

 这么一说，新手们可能对控制系统就有了点基本的概念。所以选哪个板子，如何选，怎样搭配，不光是种类多样适合不同需求，更关键的是你要问问自己以后你要拿它做什么，如果你要做进一步的开发（不论是软件还是硬件的），你都可以选择RAMPS这种简单的集线器，这样什么东西就能往上面插，只要会改代码就能让它按照你自己的意愿去做事。如果你弄这个机器就是为了玩，就是为了兴趣，主要点在于动了就行了，能打印就行了，你就可以随意选择了，在质量保证了的情况下，你大可随意。一揽子板子相对于RAMPS这类集线板来说，就好比FPGA对于ASIC来说。  不过有意思的是，FPGA对于ASIC来说，前者更昂贵，因为它的可编程可改变可扩展性能更强劲，ASIC不能修改不可编程。但是RAMPS这个小家伙，既便宜，又有超高的扩展性能，为什么不呢？

我选择Arduino+RAMPS 1.4+StepStick的理由：

 首先Arduino能让我以后去做点别的事情当我的3D打印机空闲的时候。其次，RAMPS这个集线器全部坏掉的可能性很低，最多你烧个MOSFET管，换上也就又能用了，StepStick坏了换StepStick，LCD控制器坏了换LCD控制器，全是插拔的2.54MM标准口，简单易行。试问如果一揽子板子上的步进电机驱动芯片烧了，我怎么办呢？基本上可以说完蛋了就（对于大多数根本没有焊接经验的人来说）。StepStick被我选中的原因有两个，很简单，一，Pololu的板子分为绿色版和黑色版两种，性能有所不同，且市面流通较少，国外（尤其美国），购买方便，对于我们大多数国人和欧洲这边，这个东西无论邮寄，使用，售后，都是很大的隐患。StepStick的复制品流通更多，更好购买，价格更优美（详情请移步Sakunamary同学的福利贴：3D 打印机步进电机驱动A4988）。  这里爆料：  我的第一组步进电机驱动器StepStick是在DealExtreme（网址）上买的，到货后发现压根就不是他们做的，也是从elecFreaks（网址）买的，合着我饶了一圈，还是找的一家深圳公司购买的。 质量我真的是想说点难听的。一共就4个小板子，1个上面有胶水，看着跟用过了的似的，结果还就是它不能驱动，怀疑他们直接卖的就不是什么好货。心灰意冷，转投Sakunamary同学，买了“一批”，他焊的累巴巴的叫我不要买那么多。。。没办法我情况特殊，我不能再因为一个小板子坏了而让我整个的组装工程拖延至少2周时间。所以我只能多买点，哪怕买太多了拿来炖着吃~~~

时间尚早，简短说两句Makerbot公司的第一代Replicator的电子控制系统 Replicator 的控制器分为两个大的版本，一个是官方版，一个是第三方开发板（高手在民间不是乱讲的）。

官方的配置是 MightyBoard(主板）+BotStep（步进电机驱动）+LCD控制器

另外一个就是第三方的版本配置是（红色标出的就是驱动板，他们一版打样就出来了）： Mighty Mega Board（主板）+ 步进电机驱动板  步进电机板设计(基于ST的控制芯片，据说有硬件加速)：  简短分析：  第三方这个优点是脱离了官方信息封锁，改用了ATMEL(非常著名的单片机供应商)的32位架构的芯片。这可能是个质的飞跃，就像Smoothieboard(奶昔板)的NXP主控芯片一样，采用的都是32位架构的芯片，比一般的处理能力快上很多倍，但究竟打印机需不需要那么大的处理运算力就另当别论了。还有一个优点是有配套的电机驱动器，相对来讲比较独立成熟了。据我看，这个最大的优点就是支持安卓SDK，好像已经可以和安卓通信了，意味着它将来可能真的实现无线指令传输模型打印。  第三方电机驱动器，这个只有原理图，实物图看上去就是第三方主板那个附件里面的实物照片，四片一样的那个部分。优点不明确，从名字上来看，据说是有硬件加速，不知道究竟能力多强大。同样，也还在开发当中。但是与其它步进电机控制板不同的地方是，没有采用大名鼎鼎的Allegro公司的芯片，而是采用了另外一家也同样甚至更知名的半导体芯片制造商ST的产品