基于树莓派的光固化3D打印机的设计与实现
详解LCD技术的光固化3D打印机
详解LCD技术的光固化3D打印机30多年前，3D打印面世那天，就是从光固化技术SLA（激光扫描）立体光刻技术开始的。
所以光固化才是3D打印技术的老大。
后来大家都知道的reprap的开源技术，让FDM的熔融挤出技术走向大众，SLS的烧结技术，特别作为金属烧结，使3D打印走向高端应用。
光固化自身也发展也层出不穷。
光固化主流技术，第一代SLA，利用紫外激光（355nm或405nm）为光源，用振镜系统来控制激光光斑扫描，扫过之处的液体树脂就选择性固化了。
第二代DLP紫外数字投影技术，利用405nm光源，通过德州仪器的数字微镜技术，选择性的将面光源投射到液态树脂使之固化。
其中DLP技术包括大名鼎鼎的速度快100倍的CLIP连续打印技术。
所有光固化技术的z轴方向分为两种方案：桌面型都是光源在下，通过窗口和离型膜，成型往上拉出来；工业大型的都是光源在上，成型下沉到液面以下，液面不需要离型膜。
一、LCD技术的光固化详解光固化技术，除了SLA激光扫描和DLP数字投影，目前形成了一种新的技术，就是利用LCD作为光源的技术。
LCD打印技术，最简单的理解，就是DLP技术的光源用LCD来代替。
我们可以回顾光固化技术的特点，每一个光固化技术的核心都是围绕光源问题的解决方案，从激光扫描的SLA，到数字投影的DLP，再到最新的LCD打印技术。
很有意思的告诉你，其实LCD技术分为两种，两种还不一样。
其分界线就是光源波长，一个是405nm紫外，一个是400-600nm可见光。
LCD掩膜光固化：用405nm 紫外光（和DLP一样），加上LCD面板作为选择性透光的技术，是LCD掩膜技术（LCDmasking）或者行业里有很多各自的名字，例如选择数字光处理（mDLP），液晶DLP 技术，紫外掩膜固化等等。
LCD掩膜技术从2013年就有人开始研制。
有兴趣可以搜到最早的创客用普通电脑LCD显示器去掉背光板，加上405的LED灯珠做背光，试着打印uv树脂。
基于DLP原理的3D打印机设计与实现
基于DLP原理的3D打印机设计与实现周璇;王志明【摘要】在DLP成型技术研究的基础上,研制了一种新型的3D打印机.提出了基于DLP原理的3D打印机机械结构设计方案,设计了基于ARM Cortex-A8内核的嵌入式控制系统,介绍了适用于DLP3D打印机的405 nm近紫外光波段可固化新型光敏树脂的制备方法;在美国TI公司DLP技术基础上,通过软件优化,研制了DLP 打印设备专用高分辨率光学引擎,实现WXGA(1280×800)级的分辨率;基于LED光源和DMD技术研制了长寿命光学投影系统,解决在近紫外光环境下HTPS-LCD和LCOS的寿命问题,提升了光固化效率;设计了可实现间隔式分离或多米诺骨牌式分离的新型模型剥离装置,提高了剥离效率和模型的完整性.基于DLP原理的3D打印机因为去除了昂贵的激光发生器和激光振镜,具有极高的性价比.%Based on the forming technology of Digital Light Processing (DLP),this paper develops a new kind of 3D printer which is extremely cost-effective since the expensive laser generator and laser mirror is removed.The design scheme and the mechanical structure of the 3D printer are proposed,the embedded control system according to the RM Cortex-A8 is designed,and preparation method which is used to solidify Photosensitive Resin for the DLP 3D printer near 405 nm ultraviolet band is introduced.Optical engine with special high resolution for DLP printing equipment is developed to realized the resolution for WXGA (1280×800) through the software optimization.Long life optical projection system is developed to solve the life problem of HTPS-LCD and LCOS near to ultraviolet light environment with the help the DLP technology of TI Company which is a good way toimprove the photo curing efficiency based on the LED light source and DMD technology.New model stripping device is designed which can realize the separation of interval or dominos to improve the efficiency of stripping and the integrity of the model.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P37-40)【关键词】3D打印技术;光学投影系统;光敏树脂;模型剥离装置【作者】周璇;王志明【作者单位】金华职业技术学院,浙江金华321017;金华职业技术学院,浙江金华321017【正文语种】中文【中图分类】TH1223D打印技术是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。
基于STM32的光固化3D打印机控制系统设计
基于STM32的光固化3D打印机控制系统设计丁承君;韩承都【摘要】针对光固化立体成型(SLA)3D打印设备,存在元器件价格昂贵、研究学习门槛高的问题;介绍了目前最流行的振镜下置式光固化立体3D打印机的结构和工作原理,设计了一种低成本的控制系统方案;并设计了一款基于STM32的低成本、高性能控制器,对重要的控制器模块进行了详细的论述;对于具体的软件实现,引入了实时操作系统uC/OS,介绍了软件整体架构和工作流程.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2018(040)006【总页数】5页(P118-122)【关键词】增材制造;快速成型;光固化;扫描振镜;STM32;uC/OS【作者】丁承君;韩承都【作者单位】河北工业大学机械工程学院机械工程系,天津 300130;河北工业大学机械工程学院机械工程系,天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TP309.50 引言随着增材制造和快速成型（Rapid Prototyping）技术的普及，3D打印技术越来越为普通科技爱好者所熟知。
现今流行的3D打印技术按其所用材料的状态及成形方法，可以分为熔融沉积成形（FDM）、光固化立体成形（SLA）、分层实体制造（LOM）、电子束选区熔化（EBM）、选择性激光烧结（SLS）、激光选区熔化（SLM）、金属激光熔融沉积（LDMD）、电子束熔丝沉积成形（EBF）[1]。
在这些琳琅满目的3D打印技术中，近年来FDM型3D打印机凭借成本低廉、相关文献资料丰富、研究学习门槛低的优势，获得了3D打印爱好者的广泛追捧。
但熔融沉积成型3D打印机打印速度慢、成型精度低、打印模型表面粗糙度高的固有缺点总是差强人意。
为了让越来越多人了解3D打印技术，继熔融沉积成型技术之后，光固化立体成型将会凭借其成型精度高、成型速度快、模型表面光滑的优势引领下次3D打印浪潮。
光聚合成型技术起源于上世纪80年代,是最早研发的3D打印成型技术之一。
一直以来研究机构持续对该技术进行深入研究，使其成为技术成熟、应用广泛的一种3D打印成型技术。
DLP光固化3D打印方法与设计方案
本技术涉及打印机领域，具体的说是一种DLP光固化3D打印方法，本方法采用的DLP光固化3D打印机，通过支撑机构实现对需要打印的模型进行支撑和取放，第一打印机构和第二打印机构可同时进行便于提高打印效率，防护机构便于实现对打印内部进行方笔，便于进行气体处理和净化，脱模机构可便于打印好的模型快速取出。
本技术利用手推的高速旋转的锯条对打印完成的模型进行切割分离，实现模型与托板的快速分离，同时锯条可通过海绵块进行清理，确保切割更加高效，同时可利用刮板将粘黏在托板表面的树脂进行刮除，同时托板可拆卸，使用方便、便捷，打印效率高，减少打印的树脂对环境的污染。
权利要求书1.一种DLP光固化3D打印方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，将三维模型输入电脑中；S2，将S1中的电脑与DLP光固化3D打印机数据连接，电脑将三维模型形成数控编程，并将数控编程输送至DLP光固化3D打印机中；S3，S2中的DLP光固化3D打印机进行三维打印；S4，将S3中打印好的三维模型从DLP光固化3D打印机中取出；S5，将S4中形成的三维模型放入清洗液中进行清洗；上述方法中采用的DLP光固化3D打印机包括支撑机构(2)、打印机体(3)、第一打印机构(4)、防护机构(1)、第二打印机构(5)和脱模机构(6)；所述打印机体(3)的顶部固定所述第一打印机构(4)，且所述打印机体(3)的顶部安装所述支撑机构(2)；所述支撑机构(2)的顶部滑动连接用于模型脱模的所述脱模机构(6)；所述第一打印机构(4)连接两个用于进行同时打印的所述第二打印机构(5)；所述打印机体(3)的顶部固定用于去除异味和避免打印模型受到干扰的所述防护机构(1)。
2.根据权利要求1所述的一种DLP光固化3D打印方法，其特征在于：所述防护机构(1)包括出气孔(11)、活性炭过滤网(12)、纳米光触煤板(13)、风机(14)、防护罩(15)和活动板(16)，所述防护罩(15)固定于所述打印机体(3)的顶部，且所述防护罩(15)的顶部开设所述出气孔(11)；所述防护罩(15)的底部安装所述风机(14)，且所述防护罩(15)的内部顶端设有所述活性炭过滤网(12)和所述纳米光触煤板(13)；所述防护罩(15)的侧面滑动连接所述活动板(16)。
基于Raspberry_的3D_打印机分布式远程控制系统
科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年第03期DOI：10.15913/ki.kjycx.2024.03.012基于Raspberry的3D打印机分布式远程控制系统陈思明，郭根清，杨镓瑞，周琨鸿，钱志豪（上海工程技术大学，上海201620）摘要：Raspberry分布式远程控制系统将树莓派（Raspberry Pi）作为控制端，通过蒲公英x1盒子进行异地组网式的内网穿透实现远程控制树莓派进而控制3D打印机，打破空间限制，再利用开源软件Octoprint和OctoFarm实现对多台3D打印机的分布式控制。
同时，介绍了该分布式远程控制系统的实现方法和工作原理，OctoFarm还会将每台打印机的工作日志数据上传到MongoDB数据库，便于后续进行原生数据分析，为3D打印机进行调参纠错提供数据支撑。
关键词：Raspberry；3D打印机；远程控制；分布式控制中图分类号：TP334.8；TN92 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）03-0046-033D打印技术随着互联网技术的不断更新迭代，尽管发展迅速，但依旧存在如下问题：①3D打印机的普遍最远可控范围仅限于局域网，异地远程操作不便，尤其是在新冠肺炎疫情期间；②在国内市场上普遍的3D 打印机控制系统，未能实现成熟的分布式控制（即对生产过程进行集中管理和分散控制）；③3D打印机的使用需要具有一定经验，不同控制方式门槛不一，对新用户不太友好。
自从3D打印在20世纪80年代问世以来，3D打印机一直被认为制造过程缓慢且昂贵，因此国外为了解决这个问题，对多台打印机进行控制，实现协作打印，并且提出了3D打印农场的概念。
基于3D打印农场，国外有很多新的技术，如Prusa Reseach、Slant3D、Out of Darts、Formlabs和TrainLab等的3D打印农场相继出现，可以实现1 000台打印机24 h不间断工作。
基于树莓派的三维打印上位机控制系统
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中图分类号:TP２７３;TP３３４
８ 文献标识码:A 文章编号:１００２
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４９５６(
２０１９)
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为三维打印和计算机辅助制造 ．
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艺方法.在这些 工 艺 中,
FDM 具 有 设 备 结 构 简 单、操
作方便、维护成本低、材料利用率高、安全无毒等特点,
应用最为广泛,尤 其 适 合 向 教 育 培 训 行 业 推 广. 目 前
之一.
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三维打印 相 继 出 现 了 选 择 性 激 光 烧 结 (
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收稿日期:
２０１８
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基金项目:国家自然科学基金项目(
５１６０５４２７);中 国 博 士 后 科 学 基 金 面
上资助项目(
２０１８M６３２４５３)
作者简介:林志伟(
１９８６—),男,浙 江 台 州,博 士,助 理 研 究 员,研 究 方 向
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基于树莓派的光固化3D打印机的设计与实现作者：汪家祥林晓斌来源：《计算机时代》2020年第10期摘要： 3D打印牙齒模型时，对3D打印技术的打印精度要求高，打印成本高昂。
LCD光固化技术凭其高精度，高速度和结构简单的优点脱颖而出。
基于DLP技术，以LCD屏为透光屏，树莓派为控制核心，控制有效直径为300mm的步进电机。
通过搭建硬件系统并研发软件系统，实现了基于树莓派的光固化3D打印机。
应用结果表明，该3D打印机不仅保持了较快的打印速度和较高的打印精度，还降低设备生产成本，有着良好的应用前景。
关键词： 3D打印技术; LCD光固化技术; DLP技术; 树莓派; 步进电机中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2020）10-37-03Abstract： When print tooth model with 3D printing， the requirement of printing accuracy is high， resulting in an expansive printing cost. LCD light curing technology stands out with its advantages of high precision， high speed and simple structure. Based on DLP （Digital Light Processing） technology， with LCD screen as the transparent screen， and Raspberry PI as the control core， the control to a stepper motor with an effective diameter of 300mm is designed. By building the hardware system and developing the software system， the 3D light curing printer based on Raspberry PI is realized. Application results show that the 3D printer not only maintains a faster printing speed and a higher printing accuracy， but also reduces the production cost， and has a good application prospect.Key words： 3D printing technology; LCD light curing technology; DLP technology; Raspberry PI; stepper motor0 引言20世纪3D打印技术诞生[1]，经过多年的探究与发展，3D打印技术所使用的材料越来越多，打印精度也越来越高，应用范围也在逐步扩大[2]。
在3D打印机的发展历程中，使用LCD 技术作为透光技术的光固化打印技术开始脱颖而出，凭其高精度，高速度和结构简单的优点逐渐成为3D打印机的主流。
光固化快速成型所用的原料是液态光敏树脂，用紫外光束照射液态光敏树脂，使其有序固化，逐层叠加成型[4]。
数字光处理技术（Digital Light Processing，DLP）是一种背投电视中与投影仪的显像技术，采用分辨率较高的数字光处理器照射液态光聚合物，逐层片状光固化，直至完成最终模型[4]。
本文设计实现的基于树莓派的光固化3D打印机是在DLP技术的基础上以LCD屏为透光屏，树莓派为控制核心，波长405mn的紫外UV灯为光源，通过USB线连接3D打印机主板MKS-MINI和树莓派对有效直径为300mm的步进电机进行控制设计，实现了3D打印机系统框架、运动模块、光源固化控制。
在硬件系统的基础上研发相配套的软件系统，可初始化3D打印机各个部件并进行相关的数据处理。
对牙齿模型进行3D打印实验，实验结果表明设计实现的基于树莓派的光固化3D打印机不仅保持了较快的打印速度和较高的打印精度，还显著降低设备生产成本，有着良好的应用前景。
1 LCD光固化技术LCD光固化技术[5]是用 LCD屏代替DLP技术所使用的光源，即采用UV光作为光源，上位机操控LCD屏生成实物打印模型的每层图像，成型的部分标记为白色，空白的部分标记为黑色。
LCD屏偏振成像的原理使UV光通过白色部分照射到光敏树脂材料进行固化，黑色部分阻断UV光源，阻止多余的曝光。
采用LCD成型原理可以弥补DLP结构的缺陷，其优点如下。
①高精度，可达到100微米的平面精度，具体取决于所采用的屏幕像素。
②高光源利用率，目前大多数光明树脂的固化波段是405nm波段的UV光，可全部使用。
③价格低廉，相较于前代技术，性价比极其突出。
④结构很简单，组装和维护容易。
⑤树脂通用，采用405nm UV光可兼容所有DLP类的树脂或大部分光固化树脂。
⑥面成型光源可同时打印多个模型。
2 基于树莓派的光固化3D打印机的设计与实现基于树莓派的光固化3D打印机由硬件系统和软件系统两个部分组成，硬件系统是以树莓派为控制核心，由步进电机模块、TF卡模块、图像输出模块、供电电源模块和路由器ip固定模块五个部分组成。
在硬件系统的基础上研发相配套的软件系统，可初始化3D打印机各个部件并进行相关的数据处理。
2.1 硬件系统光固化3D打印机系统结构有两种，分别是：振镜上置式和振镜下置式。
两者的区别在于振镜上置式是把光敏树脂放在上方，而振镜下置式是把光敏树脂放在下方。
目前，大多数光固化3D打印机采用振镜下置式系统结构，本文设计研发的基于树莓派的光固化3D打印机也采用振镜下置式系统结构，由步进电机滑轨、打印平台、料槽和光源振镜四部分组成，步进电机滑轨的功能是控制步进电机打印过程中的运动，打印平台用于激光固化后凝固光敏树脂成型，料槽的功能是对光固化树脂进行存放，光源振镜作为3D打印机的激光光源。
振镜下置式光固化3D打印机系统结构图如图1所示。
基于树莓派的光固化3D打印机以树莓派为控制核心，主要负责3D模型的导入，切片图像的输出，G代码的输出，以及各个重要配件相连通的功能。
选用树莓派3B+开发板，它是2018年推出的新型树莓派开发板，性能更好、功耗更低、使用寿命更长，较第四代也更为稳定。
由步进电机模块、TF卡模块、图像输出模块、供电电源模块和路由器IP固定模块五个部分组成，其模块框图如图2所示。
⑴步进电机模块步进电机模块是3D打印机最重要的模块，其控制3D打印机X，Y，Z 轴运动，限位开光接口和灯光。
将集Ramps和步进电机驱动HR4988于一体的MKS-MINIV2.0主板作为步进电机主板，其优势在于集成了如下功能：驱动电机，控制散热风扇，控制光源，接口简易，数据传输方便和可以同时支持12V与24V电源。
选择Marlin固件作为开源的3D 打印机源代码，其配置方式兼容于Ramps的配置方式，也是本研究选择该主板的重要原因。
在3D打印机中，它作为3D打印机的下位机操纵步进电机与上位机树莓派相连，并且对步进电机、限位开关和UV光源进行直接控制。
通过树莓派发送3D模型切片后生成的G代码给MKS-MINI主板驱动步进电机，并用强大的Arduino平台将marlin固件烧录进MKS-MINI主板，使其识别G代码并生成相应的信号控制接口上的器件。
使用步进电机操纵Z轴运动，步进驱动器会被施加一个脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个步进角，此种方式可先将3D打印转化为XY平面内的2D打印，然后步进电机操纵Y轴运动将XY平面内的2D打印转化为多条直线上的一维打印。
驱动电机控制打印喷头在X，Y，Z三个轴运动，用所控制的脉冲个数来控制角位移量，以便精确定位，且可控制脉冲频率操纵电机转动的加速度和速度调整速度。
⑵ TF卡模块树莓派需linux系统才能正常运行[6]，需要将linux系统烧写入树莓派。
树莓派官网提供了免费的linux系统镜像，将树莓派自带TF卡插入TF卡读卡器，下载并打开镜像烧写工具“WIN32 Diskemager”，选择镜像文件的路径，点击按键“Write”，将已经下载好的树莓派linux系统镜像文件raspbian-stretch.img烧写进TF卡中，烧写完成后，将TF卡插入树莓派，用HDMI转VGA线将树莓派与计算机相连接，启动树莓派，正常显示树莓派的系统界面即烧写成功。
此外还需下载用于光固化3D打印机G代码操作和M代码操作特有的Nanodlp系统。
⑶图像输出模块 LCD屏幕采用分辨率为1440*2560的夏普5.5寸2K屏。
LCD屏幕的高分辨率有助于提高3D打印成品的精度，从而提高3D打印质量。
树莓派没有提供2K屏对应的接口，需要使用HDMI转接口对LCD2K屏转接，此外还需驱动板驱动2k屏，否则无法使用。
⑷供电电源模块树莓派所采用的供电方式为5V/2.5A的USB3.0线连接，因此需要使用220V的交流家庭电压作为总电压和5V/3A的USB3.0电源线作为电源接口，以此保证树莓派的供电稳定和系统稳定的运行。
⑸路由器IP固定模块修改树莓派IP地址以保证直接访问树莓派的IP地址对Nanodlp图形界面进行操作。
使用串口线对路由器IP地址进行固定的设置如下：浏览器打开路由器的IP 地址设置界面，用串口线将树莓派和路由器相连，树莓派地址信息就会显示在路由器上，直接对树莓派地址信息进行修改，修改/etc/dhcpcd.conf文件设置，找到并打开/etc/dhcpcd.conf文件，通过修改语句“iface eth0 inetdhcp”为“iface eth0 inet static”将IP地址设置为静态IP地址，然后利用“address 192.168.1.201”等命令固定IP地址，最后设置树莓派桌面，进入树莓派桌面，右击菜单栏的网络图标，打开“Wireless & Wired Network Settings”进行修改设置。
2.2 软件系统在硬件系统的基础上研发相配套的软件系统，可初始化3D打印机各个部件并进行相关的数据处理。
软件系统先通过SPI接口读取SD卡中的配置文件对各个部件初始化，然后检测断电寄存器中是否有打印记录，若有接着记录位置继续打印，若无检测是否有数据通过USB接口获取上位机所发送的数据，如果接收到上位机所发送的数据，数据将被保存在串口接收缓存区，反之，获取SD卡中的打印数据文件同时保存至SD卡技术缓存区，最后处理数据，如果超过30秒无数据需要处理，结束程序控制功能，关闭步进电机。