摘 要：基于熔融沉積成型工藝（FDM）3D打印機的發(fā)展與應(yīng)用，本文提出一種Delta機構(gòu)、低成本、無線連接的3D打印機設(shè)計方案，通過藍(lán)牙設(shè)備實現(xiàn)手機或平板電腦等Android移動平臺與3D打印機的數(shù)據(jù)傳輸與遠(yuǎn)程控制。實踐證明，該設(shè)計能夠增強3D打印機使用的便捷性，有利于3D打印機的快速推廣與使用。

關(guān)鍵詞：Android移動平臺；3D打印機；藍(lán)牙

中圖分類號：TP391.73；TP311.56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）06-0178-02

Abstract：Based on the development and application of FDM 3D printer，a design scheme of Delta mechanism，low cost and wireless connection 3D printer is proposed in this paper. The data transmission and remote control of Android mobile platform and 3D printer，such as cell phone or tablet computer are realized through Bluetooth devices. Practice has proved that this design can enhance the convenience of 3D printer and facilitate the rapid promotion and use of 3D printers.

Keywords：Android mobile platform；3D printer；Bluetooth

0 引 言

3D打?。═hree Dimension Printing，3DP）又稱快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping，RP），始于20世紀(jì)80年代后期[1]，是采用通過分層加工、疊加成型來生成實體，屬于增材制造技術(shù)范疇[2]。目前，該技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的支柱，以其環(huán)保、個性化設(shè)計的性能被逐步應(yīng)用于機械加工、航空制造、醫(yī)學(xué)工程及科研教育等領(lǐng)域[3-5]；但是，現(xiàn)階段大部分3D打印需要電腦或者其他存儲設(shè)備作為配件，裝備成本較高且不利于用戶的便捷使用[6]。

基于3D打印技術(shù)在手機、平板電腦等智能終端的廣泛應(yīng)用，本文中筆者提出通過藍(lán)牙設(shè)備實現(xiàn)手機或平板電腦等Android移動平臺來實現(xiàn)3D打印的設(shè)計方案，意在為3D打印機的便捷化使用及快速推廣摸索一種途徑。

1 基于Android平臺的3D打印機總體設(shè)計

3D打印技術(shù)的信息化、便捷化、個性化和創(chuàng)意化發(fā)展將成為未來的核心方向，為此，本文提出一種通過藍(lán)牙設(shè)備實現(xiàn)手機或平板電腦等Android移動平臺來實現(xiàn)3D打印的設(shè)計方案?；趦?yōu)勢互補設(shè)計理念[7]，整體設(shè)計是以實現(xiàn)無線連接的同時盡可能完善熔融沉積成型工藝（Fused deposition modeling，F(xiàn)DM）3D打印功能為主要目標(biāo)；在設(shè)計過程中，選用標(biāo)準(zhǔn)件及市場上可利用的零件進(jìn)行硬件設(shè)計，利用市場上流行的Android手機作為上位機，通過設(shè)計軟件并適配藍(lán)牙模塊作為開發(fā)重點?？傮w設(shè)計流程如圖1所示，即通過藍(lán)牙將手機軟件中3D模型切片分層生成的G-code發(fā)送到3D打印機中，以實現(xiàn)3D模型的打印輸出。

2 3D打印機的原理與結(jié)構(gòu)

3D打印是隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)、機械制造工程技術(shù)、分層加工制造技術(shù)及伺服精密驅(qū)動控制技術(shù)等多種技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的，其種類多種多樣，而本文設(shè)計過程中選用的是基于FDM工藝的Delta式3D打印機，具備成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單及方便維護等優(yōu)勢。其機械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)如圖2所示，包括工作平臺、擠出機構(gòu)、動力裝置以及控制系統(tǒng)等。其中，工作平臺提供打印區(qū)域，以滑車導(dǎo)軌、滑車、步進(jìn)電動機及同步帶驅(qū)動構(gòu)成的Delta并聯(lián)機構(gòu)實現(xiàn)X、Y、Z三個方向的平面運動；送絲機構(gòu)提供打印材料，擠出機構(gòu)負(fù)責(zé)加熱與擠出材料，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)掃描路徑。工作原理選用FDM工藝，即絲狀的熱塑性材料由擠出機構(gòu)加熱并按照應(yīng)有的軌跡與速率逐層沉積成型；控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收并按照上位機傳送的G-code規(guī)定打印軌跡與速率，其構(gòu)建上選用Arduino Mega2560為主控制板，Ramp1.4控制板為拓展平臺。

3 Android平臺的軟件開發(fā)

3D打印機與Android平臺的連接主要利用HC-06藍(lán)牙模塊，該藍(lán)牙模塊的主機與從機一體，具備傳輸穩(wěn)定優(yōu)點，在多種設(shè)計中應(yīng)用廣泛。

以HC-06與3D打印機中的Ramp1.4控制板選用串口連接，在確認(rèn)主控制板Arduino Mega2560未加載其他程序時與Android平臺軟件進(jìn)行連接，并將藍(lán)牙模塊默認(rèn)波特率改為115200bps，此串口通訊速率可以保證通信穩(wěn)定，經(jīng)測試可在10m以內(nèi)范圍正常通信。

基于手機、平板電腦等智能終端的廣泛應(yīng)用，本文中筆者在設(shè)計過程中選用手機、平板電腦等便攜式Android平臺為上位機，以Eclipse為開發(fā)端自由研發(fā)平臺，設(shè)計流程圖如圖3所示，最終形成的操作頁面如圖4所示。

4 結(jié) 論

Delta結(jié)構(gòu)3D打印機工作穩(wěn)定、成本低廉，通過Ramps拓展板與藍(lán)牙模塊HC-06相連，可解析出Android與Arduino的藍(lán)牙通訊方式，實現(xiàn)手機或平板電腦等Android移動平臺與3D打印機的數(shù)據(jù)傳輸與遠(yuǎn)程控制，經(jīng)過真機模擬及打印測試，所得結(jié)果符合要求；該設(shè)計能夠增強3D打印機使用的便捷性，有利于3D打印機的快速推廣與使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Walters P，Davies K. 3D Printing for Artists：Research and creative practice [J].Journal of the Norwegian Print Association，2010（1）：12-15.

[2] 韓霞.快速成型技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京：機械工業(yè)出版，2012.

[3] 郭日陽.3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景 [J].自動化儀表，2015，36（3）：5-8.

[4] Christopher，Arnett.3D打?。赫诘絹淼墓I(yè)革命 [M].韓穎，譯.北京：人民郵電出版社，2014.

[5] 王燦才.3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀分析 [J].絲網(wǎng)印刷，2012（9）：39-43.

[6] 袁夫全，楊立宏.基于wifi的無線3D打印機控制器設(shè)計 [J].電子技術(shù)，2015，44（12）：79-81.

[7] 劉加妹，周志堅，甄苓.多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)勢互補的探討 [J].大學(xué)數(shù)學(xué)，2005（6）：32-35.

作者簡介：錢明杏（1995.04-），女，漢族，安徽無為人，學(xué)士。研究方向：計算機圖形學(xué)；通訊作者：杜強（1988-），男，山東棗莊人，助教，碩士。研究方向：并聯(lián)機器人、計算機圖形學(xué)。