研究内容和主要技术

研究内容和主要技术、主要创新点：

（1）针对现有 3D 打印输出误差较大的问题，在打印输出驱动控制方面做了研究工作，研究步进电机细分驱动控制，在设计中选用 A3979 (步进驱动芯片)为主要驱动芯片搭建了硬件电路。在打印输出算法方面研究一种合理算法，将点离散态有序抖动算法运用到 3D 打印系统中。

（2）构建 3D 打印系统的系统框图并设计硬件，本设计选用当下非常流行的功能强大的 STM32 系列微处理器，利用其内部集成的丰富的外设接口资源结合步进电机驱动芯片 A3979 实现了 3D 打印机驱动控制模块的硬件电路。精彩内容，尽在百度攻略：https://gl.baidu.com

（3）分析了 3D 打印文件（STL）的切片过程，深入研究了基于拓扑结构信息以及三角形面片连续性的切片算法，综合考虑基于拓扑信息和基于连续性切片算法的优缺点，根据分层处理进行的过程，给出一种基于 Z 坐标的切片算法，该算法可有效减少分层过程的时间及内存占用量，提高分层轮廓信息的可靠性。

第一章介绍了 3D 打印的相关背景及主流技术以及 3D 打印中普遍存在的技术问题。

第二章对 3D 打印系统以及打印成形材料做了简单的介绍。精彩内容，尽在百度攻略：https://gl.baidu.com

本章主要介绍了 3D 打印系统的整体构架，包括运动、喷头、按键显示及控制等，并概括性地说明了 3D 打印系统

的工作流程，在打印成形技术方面主要对FDM 熔丝沉积制造技术做了简单的描述，包括材料、工艺、流程图等。给出了3D 打印的硬件系统框图，并对机械结构进行了方案分析和比较，本设计 3D 打印系统机械传动部分采用的是重量轻、运行平稳、成本较低的同步齿形带传动方案，适合在实验室搭建打印平台，开发研究等。

第三章分别从硬件和控制算法两个方面分析和研究了 3D 打印的输出精度控制方法，包括步进电机的细分控制以及打印输出算法研究。精彩内容，尽在百度攻略：https://gl.baidu.com

本章分两个层面对 3D 打印输出做了研究，介绍了驱动控制系统以及步进电机的选择，在步进电机细分控制方面做了工作，对其数学模型做了推倒。并对A3979 驱动芯片的硬件电路做了详细的说明。另一方面对 3D 打印输出算法做了深入的研究，针对打印输出的垂直条纹问题给出了一种优化算法的理论分析。

第四章 根据系统模块框图设计了 3D 打印的硬件系统，并对各个模块进行了详细的说明。包括主控芯片选择、驱动部分电路设计、按键显示模块、通信模块等。

本章对 3D 打印系统的总体结构进行了详细的说明，并对打印成形材料做了介绍，在本设计中主要以 ABS 塑料为打印成形材料。借鉴 FDM 熔丝沉积制造技术具体设计了 3D 打印的硬件电路，在讲到模块的通信部分时，抗干扰问精彩内容，尽在百度攻略：https://gl.baidu.com

题的解决尤为重要，保证了数据传输的可靠性。本设计采用的微处理器 STM32F103 在完成基本功能的同时还有很大的开发空间，适合继续学习和研究开发。本章各小节给出了部分硬件电路的电路图，在保证实现主要功能的基础上还需进一步的研究和改进。

第五章在 3D 打印文件处理方面做了研究工作，在研究基于连续性切片算法的基础上，给出了一种新的切片算法-基于 Z 坐标的切片算法，并对系统的软件设计也进行了介绍。

本章主要涉及 3D 打印的文件处理及软件设计。3D 打印中 STL 文件已经成为了实际的标准，大多数 3D 打印机的源文件都采用的是 STL 文件，本章重点讲解了 STL 文件的切片算法，介绍了基于文件拓扑结构和基于连续性的切片算法，给出了一种基于 Z 坐标的切片算法。该算法利用三角形面之间的连续性，提高了分层效率。有选择地进行文件拓扑结构信息的提取，并建立其数据结构，能有效减少切片时间，在提高效率的同时也节省了内存的占用量。但基于 Z 坐标的分层算法也有它自身的不完善性，还需要继续学习和研究。在软件设计方面，介绍了主要模块的流程图及实现函数。精彩内容，尽在百度攻略：https://gl.baidu.com

本设计比较系统的给出了 3D 打印系统的硬件设计原理图，实现了基本的功能。在步进电机驱动控制方面研究了步进电机数学模型的建立以及细分控制方法，在步进电机步距角确定的情况下，通过细分控制驱动芯片的控制提高了步进电机的精度，进而提高了 3D 打印输出的质量。在切片算法方面做了研究工作，深入研究了基于三角形面片几何连续性及拓扑结构的切片算法，给出了一种基于Z 坐标的切片算法，提高了切片的效率，减少了占用的内存空间。本设计中有些细节还需要继续完善，如打印输出部分的研究理论比较薄弱，没有一个完整的理论体系做支撑。

本设计是在实验室进行，平台搭建简单，实现功能及预计打印效果都不能满足理论的数值，还需进一步研究开发测试。打印输出部分的理论算法还没有更好的运用到现实的 3D 打印机中去，理论推算还需继续学习和研究，并不断的进行实验测试。3D 打印技术在当今社会已经是一个热点话题，涉及的领域广泛，有人说 3D 打印技术是一次新的技术革命，虽然现在 3D 打印技术还没有走进家家户户，但在诸多领域已经开始应用并迅速蔓延。今后， 3D 打印技术无论是硬件设计还是软件算法方面都会慢慢变得成熟。精彩内容，尽在百度攻略：https://gl.baidu.com