3D打印机组装与调试 课件 第13讲 3D打印机的固件

3D打印机的固件授课教师：陈金英3D打印机组装与调试3D打印机的软件3D打印机的常用固件Marlin_v1固件固件上传01020304思考题053D打印机组装与调试3D打印机的软件3D打印先通过CAD建模软件进行3D模型的建模建模软件输出成为.STL或.OBJ文件格式再进行3D打印机的打印操作0102033D打印机需要的软件分为三个部分控制板固件上位机控制软件切片软件3D打印机的软件控制板固件01固件(Firmware)是写入EPROM或EEPROM中的程序。设备内部保存的设备“驱动程序”，通过固件操作系统才能按照标准的设备驱动实现特定机器的运行动作，比如光驱、刻录机等都有内部固件。3D打印机中控制板固件的主要作用是分析并处理G代码命令，控制3D打印机硬件执行命令。发送“G1X0Y0Z0”命令，固件就会判断X、Y、Z轴需要移动到零点的位置，步进电动机运动触发限位开关，使得X、Y、Z轴分别归零位。如3D打印机的软件上位机控制软件023D打印机客户端软件把动作指令传送到硬件，根据控制板固件解释执行命令。切片软件03切片软件又称G代码生成器，使3D打印机按照G代码进行打印。切片软件根据打印质量要求，可以设置打印参数，如层高、壁厚、打印速度等。对3D模型文件(.STL)件生成打印路径，得到G代码，供打印设备使用。3D打印机的常用固件主流的固件有Sprinter、Grbl、Marlin、Smoothie等，而使用最多的是Sprinter和Marlin。固件Sprinter01固件Sprinter3在3D打印机中使用比较广泛，早期的3D打印机很多固件是基于Sprinter的。Sprinter使用简单，兼容性好，性能高。支持的主控板有RAMPS、Sanguinololu、Teensylu。支持SD卡支持挤出机、挤出机速度控制支持固定和指数加速度运动支持打印加热床01020304特性3D打印机的常用固件如何在Sprinter固件里面加大3D打印机的行程。例在Arduino-0023内打开Sprinter_Melzi.pde，找到Configuration.h，在大概第8行找到#defineRP3D.COM_PANGU，或者其他的机型定义。在文件内搜索RP3D.COM_PANGU或者i3机型就搜i3，define后面的那串字符即可。在第125行左右，其代码如下：#ifdefRP3D.COM_PANGUconstintX_MAX_LENGTH=270;constintY_MAX_LENGTH=170;constintZ_MAX_LENGTH=150;#endif把X、Y、Z对应的数字，修改成实际机型的数字，重新编译，再upload即可。3D打印机的常用固件固件Grbl02低成本、高性能、高可靠数控铣床控制系统；不支持3D打印机挤出系统；需要根据3D打印机需求进行改造。特点高效的CNC控制系统(不需要并口)可运行在Arduino环境下代码采用模块化编程高达30kHz驱动频率驱动电路纯净无抖动具有加速度预处理功能可保持高速运动、无停顿01020304特性3D打印机的常用固件固件Marlin03结合了Grbl可靠的运动特性和Sprinter的成熟功能，使固件吐丝更平滑、打印过程更流畅等，应用广泛，兼容性好。特点RAMPSSanguinololuUltimaker'sElectronicsversion1.0-1.5Generation6ElectronicsGeneration7Electronics支持的主控板3D打印机的常用固件固件Marlin的特性具有预加速、预处理功能；支持打印弧线；具有温度多倍采样技术、温度可变技术(可以随着打印速度变化而变化)；具有EEPROM功能，可以存储和修改打印机的各项参数；支持液晶屏功能(图形显示屏，可定制菜单)；支持SD文件和文件夹打印；支持限位开关状态读取。固件Marlin033D打印机的常用固件marlin文件夹固件界面marlin把参数集中在两个文件中，以方便用户修改，DIY普通打印机修改上面的参数即可。打开marlin文件夹，用arduinoIDE打开ino后缀文件，即可自动打开同目录中的所有文件，marlin_main.cpp为主函数，configuration.h参数设置信息，Configuration_adv.h高级参数设置信息。3D打印机的常用固件固件Repetier04固件Repetier基于Sprinter的基础上，继承了Sprinter的优点，打印速度更快。在编写Repetier时，开发人员添加了大量的注释和说明文档，更容易进行二次开发。特性支持多功能型液晶模块；打印路径提前规划，打印速度快；圆弧运动平滑自然；16MHZ步进电动机驱动频率；连续监测打印头、加热床温度；融合了中断程序，可使下一条命令执行前提前准备；具有模拟打印功能(打印机运动，不挤出耗材，节省材料)。Marlin_v1固件端口与温度等配置101端口设置设置固件和上位机软件通信的波特率，一般设置成115200或250000。高的波特率可以提高通信速率，但可能造成通信不稳定。使用上位机软件时，软件中选择的波特率需要与固件中设置的波特率一致。例如DefineBAUDRATE250000，代码中的250000表示固件和上位机控制软件的通信波特率为250000。02控制电路板选择选择使用的控制电路板，“＃defineMOTHERBOARD33”代表使用的是Ramps1.4控制电路板。Marlin_v1固件//34＝RAMPS13/14(Poweroutputs:Extruder0,Extruder1，Bed)//35＝RAMPS1.3/1.4(Poweroutputs:Extruder,Fan,Fan)//4＝Duemilanovew/ATMega328ppinassignment//5＝Gen6//51＝Gen6deluxe//6＝Sanquinololu＜1.2//62=Sanguinololu1.2andabove//63=Melzi//64＝STBV1.1//65＝AzteegX1//66＝MelziwithATmega1284(Makr3dversion)////Thefollowingdefineselectswhichelectronicsboardyouhave.Pleasechoosetheonethatmatchesyoursetup∥10＝Gen7custom（Aions3version）＂https：///Alfons3/Generation_7_Eectronics//11＝Gen7v1.1，v1.2＝11//12＝Gen7v1.3//13＝Gen7v1.4//2=Cheaptronicv1.0//20=Seth3D_1//3=MEGA/RAMPSupto1.2=3//33＝RAMPS13/14(Poweroutputs:Extruder,Fan,Bed)其代码如下所示：//7＝Uitimaker//71＝Ultimaker(Olderelectronics，Pre1.5.4.Thisisrare)//72＝Ultimainboard2.x(UsesTEMP_SENSOR20)//77＝3DragController//67＝AzteegX3//68＝AzteegX3Pro//8＝Teensylu//80＝Rumba//81=Printrboard(AT90USB1286)//82=Brainwave(AT90USB646)//83=SAVMk-l(AT90USB1286)//84=Teensy++2.0(AT90USB1286Marlin_v1固件其代码如下所示：//9＝Gen3+//70＝Megatronics//701＝Megatronicsv2.0//702＝Minitroncsv1.0//90=AlphaOMCAboard//91=FinalOMCAboard//301=Rambo//21=ElefuRaBoard(v3)//88=5DPrnintD8DriverBoard

#ifndefMOTHERBOARD#defineMOTHERBOARD33#endifMarlin_v1固件03温度测量设置需要设置3D打印机热敏电阻的类型和电阻串联电阻的阻值大小(Melzi控制电路板使用1kQ电阻，Ramps1.4中使用的是4.7kQ电阻)。“#defineTEMP_SENSOR_05”代表3D打印机第一个挤出头使用ATCSemitec104GT-2型号的热敏电阻，并且使用4.7kQ的电阻(R2)与之串联。“#defineTEMPSENSOR_15”“#defineTEMP_SENSOR_20”“#defineTEMP_SENSOR_BED5”

分别代表3D打印机第二个挤出头、第三个挤出头、加热床使用的温度传器类型。////Temperaturesensorsettings//-2isthermocouplewithMAX6675(onlyforsensor0)//-1isthermocouplewithAD595//0isnotused//1is100thermistor-bestchoiceforEPCOS100k(4.7kpullup)//2is200thermistor-ATCSemitec204GT-2(4.7kpullup)//3isMendel-partsthermistor(4.7kpullup)//4is10kthermistor!!donotuseitforahotend.Itgivesbadresolutionathightemp.!!//5is100kthermistor-ATCSemitec104GT-2(usedinParcan&J-head)(4.7kpullup)//6is100kEPCOS-Notasaccurateastable1(createdusingaflukethermocouple(4.7kpullup)//7is100kHoneywellthermistor135-104LAG-J01(4.7kpullup)//71is100kHoneywellthermistor135-104LAG-J01(4.7kpullup)//8is100K0603SMDVishayNTCS0603E3104FXT(4.7kpullup)//9is100kGESensingAl03006-58.2k-97-G1(4.7kpullup)Marlin_v1固件其代码如下所示：//10is100kRSthermistor198-961(4.7kpullup)//11is100kbeta39501%thermistor(4.7kpullup)//12is100k0603SMDVishayNTCS0603E3104(4.7kpullup)(calibratedforMakiboxhotbed)//13is100kHisens39501%upto3000Cforhotend“SimpleONE”&“Hotend”AllInONE”//20isthePT100circuitfoundintheUltimainboardV2.x//60is100Maker’sToolWorksKaptonBadThermistorbeta=3950//1kohmpulluptables-thisisnotnormal.youwouldhavetohavechangedoutyou4.7kfor1k//(butgivesgreateraccuracyandmorestadiaPID)//51is100kthermistor-EPCOS(1kpullup)//52is200Kthermistor-ATCSemitec204GT-2(1kpullup)//55is100kthermistorATCSemitec104GT-2(UsedinParCan&J-head)(1kpullup)//1047isPt11000with4k7pullup//1010isPt1000with1kpullup(nonstandard)//147isPt100with4k7pullup//110isPt100with1kpullup(nonstandard)

#defineTEMP_SENSOR_05#defineTEMP_SENSOR_15#defineTEMP_SENSOR_20#defineTEMP_SENSOR_BED5Marlin_v1固件其代码如下所示：Marlin_v1固件机械设置201设置限位开关设置限位开关的接线方式，选择常开或者常闭的接线方式。调试中限位开关一直处于触发状态，只需把“true”变更为“false”即可。X_MIN、Y_MIN、ZMIN代表X、Y、Z轴最小的位置；X_MAX、Y_MAX、Z_MAX代表X、Y、Z轴最大的位置。constboolX_MINENDSTOPINVERTING=true;constboolY_MINENDSTOPINVERTING=true;constboolZ_MINENDSTOPINVERTING=true;constboolX_MAXENDSTOPINVERTING=true;constboolY_MAXENDSTOPINVERTING=true;constboolZ_MAXENDSTOPINVERTING=true;其代码如下所示：Marlin_v1固件02设置步进电动机设置步进电动机运转的方向，若发现挤出机方向不正确，只需把“true”设置成“false”。03设置坐标轴归位方向可以设置X、Y、Z轴归位方向，“-1”代表朝向最小位置移动，“1”代表朝向最大位置移动。#defineX_HOMEDIR-1#defineY_HOMEDIR-1#defineZ_HOMEDIR-1其代码如下所示：#defineINVERT_X_DIRtrue#defineINVERT_Y_DIRfalse#defineINVERT_Z_DIRtrue#defineINVERT_E0_DIRfalse#defineINVERT_E1_DIRfalse#defineINVERT_E2_DIRfalse其代码如下所示：Marlin_v1固件04设置坐标轴行程05设置各轴的移动速度距离#defineX_MAX_POS200#defineX_MIN_POS0#defineY_MAX_POS200#defineY_MIN_POS0#defineZ_MAX_POS200#defineZ_MIN_POS0其代码如下所示：设置X、Y、Z轴运动的最大行程，“200”代表X、Y、Z轴最大行程为200mm。“＃defineHOMING_FEEDRATE{50*60,50*60,4*60,0}分别代表X、Y、Z、E轴挤出机步进电动机的速度，是设置各轴步进电机归位的速度的参数。步进电机速度设置过高，容易造成步进电机堵转，不能正常运行；调试中若发现步进电机归位时不能正常运转，可以适当降低此值大小。Marlin_v1固件06设置步进电机行进距离“#defineDEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT{78.7402,78.7402,200.0*8/3,760*1.1}”的参数决定了3D打印机运动的准确性。3D打印机是通过发送脉冲数控制步进电机的，每发送一个脉冲数，步进电动机就转动一定的角度。同步带传动丝杠传动挤出齿轮直接驱动010203X、Y、Z、E四轴三种传动模式Marlin_v1固件X、Y轴普遍使用同步带传动，同步带传动的公式:“步进电动机转一圈的步数x细分数/(同步带轮齿数x同步带齿距)”1.8°步进电动机转一圈的步数为200(360°/1.8°＝200)，细分数为16细分，其计算公式：转一圈所使用的总脉冲数除去转一圈同步带行进的距离。Z轴多使用丝杠传动，丝杠传动的计算公式：步进电动机转一圈的步数X细分数/丝杠的导程其中，丝杠的导程为丝杠转一圈螺母所行进的距离。010203Marlin_v1固件E轴挤出机多直接驱动挤出齿轮，挤出齿轮的计算公式：（步进电动机转一圈的步数x细分数减速比）/(有效挤出齿直径xπ)。其中，无减速电机减速比为1，有效挤出齿直径为挤丝处直径，π取3.14。04#defineNUM_AXIS4#defineHOMING_FEEDRATE{50*60,50*60,4*60,0}#defineDEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT{78.7402,78.7402,200.0*8/3,760*1.1}#defineDEFAULT_MAX_FEEDRATE{500,500,5,25}#defineDEFAULT_MAX_ACCELERATION{9000,9000,100,10000}#defineDEFAULT_ACCELERATION3000#defineDEFAULT_RETRACT_ACCELERATION3000其代码如下所示：Marlin_v1固件在参数中78.7402代表X、Y轴单位脉冲数；200.0*8/3代表Z轴单位脉冲数，760*1.1代表E轴挤出机单位脉冲数(数值可输入计算公式，也可直接输入结果，X、Y轴“78.7402”为直接输入的结果，Z、E轴为输入的公式)。05Marlin_v1固件07附加功能1）EEPROM设置EEPRON为机器参数，可在不上传固件的情况下，调整机器的参数并永久保存。开启EEPRON功能，需去掉注释“∥”即可

＃defineEEPRON_SETTINGS＃defineEEPRON_CHITCHAT其代码如下所示：//definethistoenableEEPROMsupport//defineEEPROM_SETTINGS//todisableEEPROMSerialresponsesanddecreaseprogramspaceby~1700bytecommentthisout://pleasekeepturnedonifyoucan.//#defineEEPROM_CHITCHATMarlin_v1固件07附加功能2）液晶显示屏设置开启液晶显示屏功能，需找到对应的类型，去掉注释“∥”即可。如常用的ReprapDiscountSmartController类型液晶显示屏，需修改成“#defineREPRAP_DISCOUNT_SMARTCONTROLLER＂。其代码如下所示：//TheReprap