一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印方法及装置

技术领域

本发明涉及3D打印方法及装置，尤其涉及一种基于ARM核心的远程访问DLP3D打印方法及装置。

背景技术

现有技术中3D打印方法基本有两种，一种是传统3D打印方法，另一种是利用云端服务器进行的3D云打印方法。

传统的3D打印方法流程如图1所示，首先利用3D扫描仪获取STL模型或者直接从数据库下载，然后利用PC端进行模型的深加工。深加工至少包括(1)调整模型大小、方向、角度、多个模型之间的相对位置；(2)对模型切片处理：设置切片厚度和精度，设置模型支撑；(3)对切片细化处理：矫正梯形畸变，进行灰度变换。最后将深加工后的模型数据传输至DLP投影光机进行打印得到模型的三维实体。其中DLP投影光机即DLP 3D打印机，主要进行参数设置，包括单层曝光时间、首层曝光时间、首层厚度等。

其主要特征在于，STL模型切片相关操作由PC端完成。主要有以下弊端：1、整套打印流程高度依赖PC端性能。2、不便于将pc软件移动到其他端。例如，pc端操作软件移植到ios端、安卓端、macos、Linux等，要分别将切片软件、切片处理软件分别在对应平台完成移植，共作量巨大。3、数据传输通常使用U盘等一对一方式进行，操作复杂、繁琐且无法同时控制多台3D打印机批量化生产。

3D云打印的流程如图2所示，与传统方式相比，主要区别在于将模型切片工作和切片细化处理的工作通过云服务器完成。pc端只处理模型数据的调整工作，将调整后的模型数据通过网络发送至云服务器。云服务器将切片处理后的数据再通过网络发送至DLP 3D打印机进行与传统方式相同的后操作。

云打印优势在于：STL模型切片以及模型切片处理任务交由云服务器完成，可以减少跨平台任务工作量，对单个STL模型的调整操作在各个平台上是容易编程实现的。同时整个打印流程不太依赖PC端。但同时也具有以下缺点：1、切片工作相对来说还是很耗设备机能，因此云服务的资费也是非常高昂。2数据传输次数增多，增添了不稳定性。3、很多DLP 3D打印机并不支持直接与云服务器建立连接并且接受信号，因此需要在云服务器和3D打印机之间再设置一个中间设备，也变相增大了成本。

所述的DLP是全称是Digital Light Processing DLP，即数字光处理。是20世纪出现的新型3D打印技术，其利用数字微镜元件DLP芯片将3D模型切片投射到装有光敏树脂的透明槽底部，接受照射的区域发生凝固，从而逐层堆叠形成3D模型。市面上主流的3D打印装置采用的的主控芯片为8位到16位的低端8051架构的单片机，少数采用32位ARM架构的也仅仅在硬件上做了升级，并没有完善的使用其特性。这样的打印中控系统高度依赖客户端，如PC端、安卓端、ios端等。无法独立完成切片功能，无法独立完成切片图像的二次加工。也是因为这个硬件基础的限制，才有上述两种主流打印方式。

更加致命的是现有DLP 3D打印机的硬件升级迭代功能性差，例如采用STM32以及FPGA作为主控的机器，仅仅可以完成3D打印装置的基础功能，若选择升级一些功能，如支持更高分辨率的投影光机，需要重新更换主控芯片以及对主板的重新设计。这样落后的系统设计以及较差的独立性不能满足广大市场的需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明所述的一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印装置，包括主控板和若干外围设备，主控板分别通过usb传输协议与外围设备进行交互，通过有线或无线方式与客户端连接；所述的主控板上设有协同工作的ARM COTEX-M核心和ARM COTEX-A核心；所述的ARMCOTEX-M核心用于完成外围设备的低密度数据流工作并将根据打印需求调用ARM COTEX-A核心协调处理；所述的ARM COTEX-A核心用于完成外围设备的高密度数据流工作并将根据打印需求调用ARM COTEX-M核心协调处理。

所述的ARM COTEX-M核心搭载实时操作系统。所述的ARM COTEX-A核心搭载基础操作系统。

所述的外围设备包括工作在低密度数据流中的步进电机、光电限位开关、压力传感器和温度传感器。所述的外围设备包括工作在高密度数据流中的DLP投影光机和摄像头。

一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印方法，利用如上所述的远程访问DLP 3D打印装置进行；客户端获取STL模型后进行模型数据调制以及设置所述远程访问DLP3D打印装置的参数，将调整数据后的STL模型发送至一台以上的所述远程访问DLP 3D打印装置中；接收到STL模型的远程访问DLP 3D打印装置对该STL模型进行切片操作，以及对切片进行处理；最后逐一打印出处理后的所有切片。

在客户端获取STL模型前，远程访问DLP 3D打印装置先对外围设备进行初始化ARMCOTEX-M核心调用低密度数据流的外围设备驱动函数，ARM COTEX-A核心调用高密度数据流的外围设备驱动函数，完成运行前的初始化工作。

完成初始化工作后建立通讯链路：ARM COTEX-M核心与低密度数据流的外围设备建立通讯链接，ARM COTEX-A核心与高密度数据流的外围设备以及客户端建立通讯链接；ARM COTEX-A核心和ARM COTEX-M核心之间建立通讯链路。

本发明所述的一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印方法及装置，其优点在于，将最消耗机能的切片工作和切片处理设置在打印装置中完成，大大降低切片软件在不同平台下移植困难。模型的数据传输工作仅有一次，稳定性高。打印过程不依赖于网络环境，可以在有线或无线的局域网中完成，无需设置对接云服务器的中间件，整体方案的结构简单、成本低廉。还可以一个客户端同时对一个以上的远程访问DLP3D打印装置输出打印任务，基本综合实现了传统打印方式和云打印方式的所有优点。

附图说明

图1是现有技术中传统3D打印方法的流程示意图。

图2是现有技术中利用云服务进行3D打印的方法流程示意图。

图3是本发明所述远程访问DLP 3D打印方法的流程示意图。

图4是本发明所述远程访问DLP 3D打印装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印装置如图4所示，包括主控板和若干外围设备，主控板分别通过usb传输协议与外围设备进行交互，通过有线或无线方式与客户端连接。

所述的主控板上设有协同工作的ARM COTEX-M核心和ARM COTEX-A核心。其中ARMCOTEX-M核心是泛指ARM COTEX-M系列的任一处理器，同理，ARM COTEX-A核心是泛指ARMCOTEX-A系列的任一处理器。

所述的ARM COTEX-M核心用于完成外围设备的低密度数据流工作并将根据打印需求调用ARM COTEX-A核心协调处理。所述的ARM COTEX-A核心用于完成外围设备的高密度数据流工作并将根据打印需求调用ARM COTEX-M核心协调处理。所述的ARMCOTEX-M核心搭载实时操作系统，如FreeRTOS或ucos系统。所述的ARM COTEX-A核心搭载基础操作系统，如linux、unix等主流的基础操作系统。

所述的外围设备包括工作在低密度数据流中的步进电机、光电限位开关、压力传感器和温度传感器。所述的外围设备包括工作在高密度数据流中的DLP投影光机和摄像头。

本发明所述一种基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印方法如图3所示，利用所述的远程访问DLP 3D打印装置实现。

根据ARM COTEX-M内核系列处理器的架构特点，配合搭载实时操作系统，负责处理实时性强的工作。实时性强指的是：当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应，提供及时响应和高可靠性是其主要特点。其工作包括但不限于以下几点：1.使用内核总线FPU浮点数加速功能，完成步进电机PWM调制信号的间隙时间的实时计算。2.使用内核总线USART串口完成与外围低密度数据流设备通讯。3.运行实时操作系统，完成诸多业务逻辑任务的优先级实时调度。

根据ARM COTEX-A内核系列处理器的架构特点，配合搭载类unix操作系统，负责处理逻辑复杂任务，其内容包括但不限于以下几点：1.开启FTP服务功能，使用FTP通讯协议与客户端进行文件传输，传输内容包括但不限于STL模型文件。2.建立TCP通讯进程，使用HTTPS通讯协议与客户端进行命令交互，传输内容包括但不限于命令请求。3.建立任务线程池，并发处理命令逻辑任务。4.实时解析并渲染图片到DLP投影光机，图片格式包括但不限于SVG、PNG等。5.使用HDMI、DP、VGA等协议与外围高密度数据流设备通讯。

3D打印装置的启动流程：

1.操作系统的加载：ARM COTEX-M核心完成对实时操作系统的加载，ARM COTEX-A核心完成对linux、unix等基础操作系统的加载。

2.外围设备初始化：ARM COTEX-M核心调用低密度数据流的外围设备驱动函数，ARM COTEX-A核心调用高密度数据流的外围设备驱动函数，完成运行前的必要准备工作。

3.建立通讯链接：ARM COTEX-M核心与低密度数据流的外围设备建立通讯链接，ARM COTEX-A核心与高密度数据流的外围设备以及客户端建立通讯链接，两核心之间建立通讯链接。所述客户端可以PC端、ios端、安卓端、macos、Linux等。

4.完成工作准备任务：ARM COTEX-M核心指挥外围电机设备以及限位开关设备完成模块轮组初始化等准备任务，ARM COTEX-A核心进行进程初始化、配置文件预加载等准备任务。

3D打印装置的主要工作流程：

S1.客户端通过3D扫描仪扫描获得STL模型数据，或者直接从数据库下载。

S2.调整所述STL模型的大小、方向、交底等；若有多个模型相干，则继续调整模型间的位置关系；根据打印任务需要执行模型的复制和/或摆放操作；根据模型最终位置关系添加支架数据。

S3.客户端向3D打印装置发起打印请求，并通过FTP服务传输STL 3D模型文件到3D打印装置。以及传输预设的打印装置参数，包括单层曝光时间、首层曝光时间以及首层层厚等。

S4.ARM COTEX-A核心负责调用切片逻辑，对STL 3D模型进行分层切片。切片前包括设置切片厚度、精度，以及模型支撑的设置。

S5.ARM COTEX-A核心然后对切片图层进行梯形畸变处理、灰度调制等操作。

S6.ARM COTEX-A核心与DLP投影光机进行通讯，将切片图层渲染到DLP投影光机上。然后与ARM COTEX-M核心通讯，传达电机移动讯息，使其指挥电机移动到固定位置，完成一次切片图层固化成型。ARM COTEX-M核心接受到电机移动讯息后，完成步进电机PWM调制信号的间隙时间的实时计算，驱动电机到达指定位置。

S7.最终获得打印出的3D模型实物。

在执行上述主要工作流程时，客户端可请求3D打印装置完成诸多打印相关任务，此时相关任务与主要任务并发执行。

例如，实时获取打印情况：客户端向3D打印装置发起查看打印情况；ARM COTEX-A核心使用摄像头设备进行拍照，并保存照片；ARM COTEX-A核心回传照片到客户端。

例如，暂停打印：客户端向3D打印装置请求暂停打印；ARM COTEX-A核心向ARMCOTEX-M核心传达相关电机移动指令，并渲染黑色图片到DLP投影光机；ARM COTEX-A核心向客户端回传执行情况。

本发明所述基于ARM核心的远程访问DLP 3D打印方法及装置至少具有以下特点优势：1.使用了ARM COTEX-M内核系列处理器，其具备高性能的信号处理功能同时兼具低功耗，可以实时高效的对外围设备进行操控管理。2.ARM COTEX-M内核系列处理器搭载实时操作系统，充分挖掘芯片潜力，灵活调度诸多业务逻辑，使得功能迭代开发更为便捷。3.使用了ARM COTEX-A内核系列处理器，搭载unix、linux操作系统，拥有丰富的软件生态，可以方便快捷的独立使用诸多现有的算法模块，如QT、OPENCV等。4.3D打印装置采用C/S软件架构，增强了其开发调试效率。5.两核心通过USB通讯协议进行协同配合，共同构成一个完整的3D打印装置。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。