Page 52 - 《橡塑技术与装备》2021年20期（10月下半月塑料）

橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)

3.2 开源固件
固 件（firmware）是硬件设备的一种驱动程序，
其作用是控制硬件来完成预期的设备功能，相当于
PC 电脑上的操作系统 [5] 。基于不同核心的开源主板往
往对应不同的固件，如 Sprinter 、 Marlin 、 Teacup 、
OctoPrint 及 smoothieware 等，每种固件都有其自身
的特点，应根据 3D 打印机的功能要求选择合适的固
件。
图 5 固件修改与配置
本 设计选 择使 用非 常广 泛的 Marlin 固 件。 使用
Arduino IDE 打开 marlin.ino，切换到 Configuration.
4 结语
h 即可查看并修改该文件。主要需要修改配置的参数
设计了一款基于开源软硬件的多功能 FDM 型 3D
包括波特率、主板类型、挤出电机数量、挤出喷头数
打印机，利用 UG 软件完成了机架的结构设计，并对
量、限位开关设置、喷头和热床温度配置、传感器配置、
传动系统中滚珠丝杆螺母副和步进电机进行了计算选
步进电机方向、XYZ 轴和 E 轴挤出机每移动一毫米所
型。设计了线材和气压两套挤出系统，通过更换不同
需要的脉冲数及显示屏型号等。
的模块，可轻松实现线材、食材及凝胶类材料的打印，
以 “XYZ 轴和 E 轴挤出机每移动一毫米所需要的
以适应不同的应用场合，实现多功能打印。基于开源
脉冲数 ” 为例。本设计 X、Y 轴选用的 57 步进电机步
软硬件进行改造开发的，成本低，可拓展性强，性能
距角是 1.8°，细分数为 16，那么 步进电机运动一圈
可靠。
就发生 360/1.8×16=3 200 个脉冲，X、Y 轴丝杆导程
为 16 mm（即丝杆转动一周，丝杆螺母运动 16 mm ），
参考文献 ：
那么 X、Y 轴的分辨率为 3 200/16=200。Z 轴丝杆导
[1] 陈艳芳 . 基于 APP 在线控制双挤出头 FDM 桌面 3D 打印机的
程为 5 mm，那么 Z 轴的分辨率为 3 200/5=640。E 轴 研制 [J]. 装备制造技术 ,2020,27(12):24-27.
挤出齿轮直径为 10 mm，那么 E 轴分辨率是 3 200/( [2] 汪 林 齐,胡 泽 鹏,叶 露,等 . 基于 STM32 的智能全丝杆 3D
打印机 [J]. 物联网技术 ,2019,9(08):5-6.
10×3.14) = 101.86。如图 5 所示。
[3] 吴捍疆 , 张丰收 . 通用挤出型食品 3D 打印机的设计 [J]. 轻工
固件修改好后，在 Arduino IDE【工具】菜单中 机械 ,2020,38(01):75-78.
选择正确的主板型号和端口号，单击左上角的【上传】 [4] 梁健 . 基于开源硬件的 3D 打印机结构分析 [J]. 工业控制计算
机,2020,33(09):21-23.
工具，就可将 Marlin 固件烧录到主板中。
[5] 温显超,李静,骆才学,等. 基于 AVR 单片机的程控可编
程线性电源设计 [J]．仪器仪表与分析监测 , 2019(02):1-5.

Research and development of multifunctional FDM 3D printer based on
open source software and hardware

1
Liu Lei , Wu Jian 2
(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Xinyu University, Xinyu 338004, Jiangxi, China;
2. Wuhu Institute of Technology, Wuhu 241000, Anhui, China)
Abstract: In order to solve the problems of low print precision, single function and slow print speed
of current FDM desktop 3D printer, a multifunctional FDM 3D printer based on open source software and
hardware is designed in this paper. The XYZ axes are all driven by ball screw and guide rail, and are analyzed,
calculated and selected to achieve the effects of low friction resistance, high precision and fast speed.
By replacing the two systems of wire extrusion and pneumatic extrusion, the range of printable materials
has been expanded and multifunctional printing has been achieved. This printer is based on open source

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