3D打印控制板初步认识

3D打印控制板

RAMPS1.4 3D打印控制板：软件下载\连接\安装\测试

电源反转，电机驱动板反转可能会烧毁芯片和电路，请在通电前反复确认。

如何使用：

需要使用的模块或设备：

Arduino Mega2560 主控板(包含此套件)d打印机的大脑负责控制整个打印机完成特定动作，如打印特定文件；

RAMPS1.4 (包括此套件):这是上述主控板的扩展板，用于更好地连接和控制其他硬件，起到过渡桥梁的作用；

MS4988步进电机驱动板(包括套件）：用于连接步进电机，实现步进电机主控板的控制XYZ挤出机的动作；

4~5步进电机(套件不包括):这是3d打印机的动力部分由MS电机连接到4988驱动板控制RAMPS1.4板子上；

加热头(不含):加热头用于熔化打印材料（ABS、PLA等等)，一般加热头有两个电气元件，一个可以用来加热，类似于电热炉，另一个是热敏电阻，用来获得加热头上当前的温度，以实现更好的温度控制，因为固件(Marlin：https://github.com/ErikZalm/Marlin/tree/Marlin_v1)温度获取成功后，允许进行大量操作，因此即使进行简单的测试，也需要连接两个热敏电阻(另一个用于获得热床温度)，需要额外的热敏电阻；

热床（heatbed）(不含):打印ABS当时，为了使其不变，第一层容易粘在平台上，一般的解决方案是使用热床，热床还包括两部分，加热部分和热敏电阻，其中热敏电阻是必要的；

12V电源(不包括):为了驱动电机和电路板，你需要配备一个12V 100W～200W左右电源。

以上部分是电路连接部分的必要部分。如果缺少一个，则无法测试相应的部分。

其他不必要的主要包括12V风扇和至少3个限位开关（如果不影响电路板的测试，但会影响打印机的使用，如果你做一套完整的打印机，这是必要的，特别是限位开关）。

2.准备:

在开始连接和测试之前，您需要一些必要的软件：

Arduino IDE，下载地址：http://arduino.cc/en/Main/Software；

固件（Marlin），这是需要在主控板上执行的程序。将其传输到主控板并下载地址：https://github.com/ErikZalm/Marlin/tree/Marlin_v传输方式：打开arduino IDE，选择菜单Tools -> Board -> Arduino Mega 2560，然后选择串口Tools ->Serial Port ->相应的串口，点击编译并下载到板子上。参考固件里面的说明配置相应的参数，最主要的是配置板子类型为RAMPS1.4（找到Configuration.h这一行在文件中#define MOTHERBOARD 33此处必须改为33)，其他可暂时默认；

*上位机软件：printrun：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/ 下载相应版本并安装；

以上是需要使用的软件。首先，您在配置参数时需要经常使用它们。如果确定参数，则很少再次使用。第三个是打印机控制软件，通常也会使用打印。

3、烧固件：

*编辑固件并上传到主控板：

通过主控板USB连接到计算机时，主控板的电源灯会亮起。

用Arduino IDE打开下载固件文件中的主文件（Marlin.pde），打开后，通过TAB选择到Configuration.h并找到文件：

#ifndef MOTHERBOARD

#define MOTHERBOARD 某数字

#endif

修改为：

#ifndef MOTHERBOARD

#define MOTHERBOARD 33

#endif

这些参数可以暂时修改。然后选择菜单Tools -> Board -> Arduino Mega 2560，并选择串口Tools ->Serial Port ->相应的串口(一般是倒数第一，不对可以多试几次)，点击IDE向右箭头（→）图标，进行固件上传，如果安装上面步骤操作下来应该不会有错误。并且可以看到主控板上的另一个LED灯会不停地闪烁，明正在上传；等待完成。

4.连接其他电路板并进行测试：

断开USB数据线，将RAMPS1.4板连接到主控班，注意不要连接错误，RAMPS上背面的插针应连接到主控板上。

然后将两个热敏电阻连接到板的相应位置，先打开下图printrun软件(上面的第三个软件)，选择串口(通常是最后一个)，设置波特率(2.5万)。如果点击连接正常，右侧会有成功连接的提示，下面的操作按钮会正常使用。

通过printrun软件上的“check temp(读取温度)可以获得两个热敏电阻的温度，因为热敏电阻是直接连接的，所以读取温度应该接近你的室温。如果读取值为0，所有连接

加热头和热床虽然没有连接，但可以简单测试，首先连接12V电源，然后设置加热床和加热头的温度分别为230和110度，此时板上有两个红色LED它一个接一个地点亮，说明这部分电路正常，可以关闭。然后右下角输入命令:M106 S255点发送，打开风扇控制，另一个红色LED点亮，输入：M107点发送可关闭。

断开电源，将MS4988驱动板接入RAMPS板，注意方向是否正确，否则板可能会烧坏，请参考我的照片。至少应有一台电机进行测试，电机连接应按下图所示连接，一般为红、蓝、绿、黄连接，连接后，通过电源printrun试着让电机移动，比如你连接到电机X轴上，电机X轴电机 10mm，电机旋转，点击-10mm，电机会反转。也可以测试YZ两轴(更换电机时应切断电源)。当温度达不到时，挤出机电机无法测试，可以使用MS4988驱动器安装XY或Z测试轴，以确保驱动器正常。

如果以上测试没有问题，说明主电路没有问题，剩下的就是你的3D打印机组装好了。

连接检测方法：

一、准备工作
在开始工作之前，你应该准备以下工具(包括软件和硬件)。

需要下载的软件
1.1 固件上传工具——Arduino IDE
这是上传固件的必要工具。有了这个软件，上传固件就容易多了。USB，很容易上传。

下载地址：
windows版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-windows.exe
MAC版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-macosx.zip
linux 32位版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-linux32.tgz
linux 64位版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-linux64.tgz
其它版本：Arduino

clip_image001
1.2 3d打印切片软件——Slic3r

该软件生产3d控制代码的必要工具可以由打印机识别。没有它，3d打印机将无法识别3d模型格式。只有通过这个软件转换为G代码完成后，打印机才能正常使用。Slic3r是一种很好的切片工具。

下载地址：
windows 32位版：http://dl.slic3r.org/win/slic3r-mswin-x86-0-9-10b.zip
windows 64位版：http://dl.slic3r.org/win/slic3r-mswin-x64-0-9-10b.zip
MAC版本：http://dl.slic3r.org/mac/slic3r-osx-uni-0-9-10b.dmg
linux 32位版本：http://dl.slic3r.org/linux/slic3r-linux-x86-0-9-10b.tar.gz
linux 64位版本：http://dl.slic3r.org/linux/slic3r-linux-x86_64-0-9-10b.tar.gz

如果您想通过源代码编译，请参考：slic3r

clip_image002

1.3 3d打印机控制软件(上位机)——Printrun

reprap官方上位机，界面简单，操作方便，是新手的好选择。d打印机上的打印机控制中心将继续读取G通过usb线传输给3d打印机主控板（mega从而实现对打印机的精确控制。

下载地址：
MAC版本：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/Printrun-Mac-12July2013.zip
windows版本：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/Printrun-Win-Slic3r-12July2013.zip
更多版本选择:Printrun

clip_image003

1.4 固件——Marlin

安装固件mega2560板上的软件功能强大Marlin这是个不错的选择。

下载地址：https://github.com/ErikZalm/Marlin/archive/Marlin_v1.zip
下载后解压，marlin文件夹中的所有文件都是固件的源代码，找到它们pde或ino文件用IDE软件打开即可。

2、安装驱动

MAC和linux系统都不需要位mega 2560安装特定驱动，插上usb就可以使用了，由于mega 2560板子实际上是usb转串口，所以插上后如果正常，会多了一个串口出来。

2.1 windows操作系统安装驱动

当你安装好Arduino IDE后，来到IDE的目录，里面有一个
driver
文件夹，进去后找
mega2560 r3
字样的inf文件，如果找不到，这个目录下应该会有一个压缩文件，解压后就可以找到这个文件了，右键安装就可以了。这是插上mega2560板子，应该是可识别的设备了。

3、工具及配件

DIY 3d打印机没有必要的工具，几乎是不可能完成的，当然必要的配件也是必须的。

3.1 常用工具

在测试或安装3d打印机套件时，可能会用到的工具包括有，一字螺丝刀、剥线钳、压线钳、电烙铁、镊子、片口、尖嘴钳、高温胶带等等。
配套4

3.2 配件

一台完整的3d打印机是由几十个甚至上百个零件组合而成。如果想完成下面的测试或组成一台打印机，你应该有一下零件：

• 3d打印机主控套件：主要包含一个mega 2560主控板，一个RAMPS1.4拓展板和4个MS4988步进电机驱动板；
• 12V 200W开关电源：用于提供12V电压，可以使用电脑上的ATX电源，但接线时需要注意；
• 2个100k ntc热敏电阻：为了实现控制板对加热头及加热床的温度控制，需要有两个温度传感器，最方便的莫过于ntc 热敏电阻，100k电阻是不错的选择（大部分固件直接支持）；
• 至少一个两相四线步进电机：如果你是简单测试，只需要一个步进电机就可以完成轮流测试，如果你要组成一台成品，你需要4～5台步进电机，Z轴根据机械结构的不同有的采用两台电机驱动。电机型号需要根据你自己的情况选择，一般来说普通42电机都可以胜任，需要注意的是4988最大支持的驱动电流是1A；
• 至少一个限位开关：限位开关是打印机用来确定位置的重要传感器，要组成完整的打印机至少需要3个限位来帮助打印机确定原点位置，限位开关种类很多，可以是机械式的、光电的、磁性的（霍尔）等；
• 12V加热管：如果你的机械是FDM（热溶式打印机），那么加热管几乎是必须的，用在加热头上面，可以选择12V 40W的加热管。如果你紧紧是测试主控板是否正常，可以不需要，因为ramps板子上有led指示灯，知道是否在通电；
• 12V风扇：用于散热的风扇，没有太多需要说明的，需要注意的是风扇正负极必须接对，否则不会转，也可以仅仅通过led指示来判断是否工作；
• 12V加热床PCB板：为了让打印材料更容易粘在打印平台上，以及防止冷却变形（主要是ABS材料），如果打印PLA材料，该板子可以不需要，如果测试也可以只通过led来指示；

4、准备开始

如果你已经把上面的软件硬件都准备好了，那么就可以进入下一个环节了。

二、配置固件并上传固件

mega 2560板子在3d打印机中相当于大脑，控制这所有的3d打印配件来完成复杂的打印工作，但mega2560不能直接使用，需要上传（upload）固件（firmware）才可以使用。

1、下载固件——Marlin，由于Marlin固件的强大功能和简单易用，所以这里暂时只介绍Marlin固件。
2、配置固件参数

下面是需要配置的参数。没有提到的参数默认即可。
#define BAUDRATE 250000
这是配置串口波特率的，只有上位机波特率和固件波特率相同来能通讯成功，一定需要注意。当然也不能随便改，常见的波特率为：2400，9600，19200，38400，57600，115200，250000。在3d打印机中常用的是后3个。
#define MOTHERBOARD 33
这个参数是配置板子类型的，3d打印机主控板类型非常多，每个板子的io配置不尽相同，所以这个参数必须要跟你自己的板子类型相同，否则无法正常使用。我的板子是RAMPS1.4版本，对应的配置应该为33（单打印头配置），和34（双打印头配置）。如果你使用的是其它板子，请参考旁边的注释并选择合适的配置。
#define TEMP_SENSOR_0 3

#define TEMP_SENSOR_BED 3
这两个参数分别配置温度传感器的类型。这是读取温度是否正常的重要参数，如果读取的温度不正常将不能工作甚至有很大的潜在危险（烧毁器件等）。如果你使用了其它温度传感器需要根据情况自行更改。
#define EXTRUDE_MINTEMP 170
这个参数是为了防止温度未达到而进行挤出操作时带来的潜在风险，如果你做其它3d打印机，比如有朋友做巧克力打印机，挤出温度只需要45度，那么这个参数需要配置为较低数值，比如40度。
const bool X_ENDSTOPS_INVERTING = true;
const bool Y_ENDSTOPS_INVERTING = true;
const bool Z_ENDSTOPS_INVERTING = true;
这里的三个参数是配置3各轴的限位开关类型的，配置为true，限位开关默认状态输出为1，触发状态输出为0，也就是机械限位应该接常开段子。如果你接常闭段子，则将true改为false。
#define INVERT_X_DIR false
#define INVERT_Y_DIR true
这两个参数是比较容易错的。根据自己机械的类型不通，两个的配置不尽相同。但是原则就是要保证原点应该在打印平台的左下角（原点位置为[0,0]），或右上角（原点位置为[max,max]）。只有这样打印出来的模型才是正确的，否则会是某个轴的镜像而造成模型方位不对。
#define X_HOME_DIR -1
#define Y_HOME_DIR -1
#define Z_HOME_DIR -1
如果原点位置为最小值参数为-1，如果原点位置为最大值配置为1.
#define X_MAX_POS 205
#define X_MIN_POS 0
#define Y_MAX_POS 205
#define Y_MIN_POS 0
#define Z_MAX_POS 200
#define Z_MIN_POS 0
这几个参数是配置打印尺寸的重要参数，参考上面的坐标系图来填写，这里需要说明的是坐标原点并不是打印中心，真正的打印中心一般在[(x.max-x.min)/2,(y.max-y.min)/2]的位置。中心位置的坐标需要在后面的切片工具中使用到，打印中心坐标应该与这里的参数配置匹配，否则很可能会打印到平台以外。
#define HOMING_FEEDRATE {5060, 5060, 4*60, 0}
配置回原点的速率，单位为毫米每分钟，如果你使用的是xy轴同步带传动，z轴螺杆传动，这个参数可以使用默认值。
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {85.3333, 85.3333,2560,158.8308}
这个参数是打印机打印尺寸是否正确的最重要参数，参数含义为运行1mm各轴所需要的脉冲数，分别对应x,y,z,e四轴。多数情况下这个数字都需要自己计算才可以。可以参考http://calculator.josefprusa.cz/#steppers

至此，最常用的参数都已经配置完成，可以开始使用了。 另外如果2004lcd板子还需要改
//#define REPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER
将前面的
//
删除掉才可以正常使用。

3、上传固件

上传之前，windows用户需要提前安装驱动。 配置板子类型：Tools > Board > Arduino Mega 2560 or Mega ADK，如图

clip_image005

配置串口： Tools > Serial Port > 你的mega板子对应串口号一般是最后一个。如图

clip_image006

点击对号按钮来检查是否有错误，再点击向右的箭头按钮来上传固件，如图

clip_image008

上传过程中，2560板子上的TX RX 和L对应的三个led灯都会闪。如果不闪了，说明上传完成

上传完成提示

clip_image009

如果上传成功，你就可以进入下一个步骤了，如果上传中出现问题而无法上传，请查看IDE下方的提示框，确认是什么问题后进行进行解决再上传，常见错误板子类型选择错误，串口选择错误等。

三、RAMPS1.4 接线
RAMPS1.4作为mega2560的拓展板插在mega板子上面。从而让mega板子可以控制3d打印机的工作。ramps上的接线至关重要，接错不仅不能打印，甚至还会烧坏器件和板子。请一定注意。
RAMPS1.4板子的功能分布,请参考示意图，为了防止接错，请再三确认以下几个方面后再通电，

• 电源正负极是否正确？
• RAMPS电源只接12V，没有5V接入。
• MS4988驱动板确保没有插错位和颠倒（如果连接错误，通电就会烧板子）,请细看MS4988驱动板的接线图。

clip_image010

clip_image011

clip_image013

clip_image014

clip_image016

最后，将ramps1.4插在mega2560板子上，注意不要接错位。在通电之前你应该仔细检查一下，免得有疏忽。接错了会导致后面的工作无法正常进行。如果都没问题了，可以接上USB线，和12V电源了。

四、连接上位机并做简单手动控制

如果之前的操作都顺利，现在就可以插上USB线，打开printrun上位机软件了。mega2560刚刚接通电源时，RAMPS板子上的LED1（绿色）会闪几下。这说明mega2560板子中的固件正在启动。

1、通过上位机连接板子

clip_image003[1]

如上图，打开软件，选择正确的串口，设置正确的波特率（需要跟你固件中配置一致），点击connect。如果连接正常，右侧的提示区，会有类似下面的提示：

Connecting…
start
Printer is now online.
echo: External Reset
Marlin 1.0.0
echo: Last Updated: Sep 8 2013 15:04:20 | Author: (MakerLab, default config)
Compiled: Sep 8 2013
echo: Free Memory: 4260 PlannerBufferBytes: 1232
echo:Hardcoded Default Settings Loaded

并且，左侧的图形操作区变为可以操作的颜色。勾上温度曲线旁边的watch选项，可以实时获取温度情况，如下图。

clip_image017

2、查看温度是否正确（只接5V即可）

如果上面的操作都正确，你可以看到现在两个温度传感器的温度，并且温度应该为室温，手捏在上面可以看到温度的变化。如果你的温度读取到的为0度，请确保连接正确，依然有问题应检查固件中的相关参数。

3、测试三个输出端（需接12V）

接上12V电源，点击下图中标红位置的按钮，两个设置温度的按钮，一个风扇按钮（如果没有风扇打开按钮，可以在右侧输入M106 命令来实现）。如图：

clip_image018

如果这时RAMPS1.4上亮起了三个红色LED，那说明输出端测试成功。

4、测试电机及驱动（需接12V）

连接步进电机的4跟线到X轴电机输出端，如果你的电机导线颜色是标准颜色，可以用红-蓝-绿-黑的顺序连接，如果你的线颜色不标准或没有颜色区分，你需要通过电机说明书找到4跟线属于哪一相及哪一极，然后安装相B负-相B正-相A正-相A负的顺序连接（还有其它接线方式，请了解一下步进电机的原理）。

4.1 xyz三轴电机测试

点击上位机左侧的手动操作区域，进行对xyz三轴的测试。如果只有一个电机测试完应该轴后，再插到另一个轴上。

clip_image019

测试流程：
先电机某个轴的加+方向操作，电机应该往正方向运转； 再电机对应轴的负-方向操作，电机应该反转； 重复几次上面的操作。
需要注意的是，固件为了防止打印机撞车，小于最小位置和大于最大位置后电机就会停止运动。也就是说并不会一直加或减下去，电机都会转。

4.2 挤出机电机测试

由于固件不允许温度为达到最小挤出温度（固件中的参数）时执行挤出动作。所以如果你连接了真正的挤出机，并且有物料在里面，请不要在温度未达到230(abs)和185(pla)时进行挤出机测试。

测试方法：
1、将温度加热到物料对应的挤出温度，PLA：185度，ABS：230度，再进行测试，电机Extrude为挤出动作，Reverse为后退动作。如果所需要的方向跟实际方向相反，直接把所有的4跟电机导线反向即可。

2、如果你没有接挤出机，或挤出机中没有物料，可以不需要进行加热来测试。需要在右侧命令输入框中输入M302来允许冷挤出操作。这样就可以跟上面一样进行Extrude和Reverse测试了。

5、限位开关测试

RAMPS1.4最多共支持6个限位开关，分别是X-min，X-max，Y-min，Y-max，Z-min，Z-max。其中至少需要用到3个来确定打印机的原点，可以是一个轴的min或max位置的限位（由固件中做配置）。限位开关根据不同的形式接线方式也不同，机械式的限位开关只需要连接两个段子即可（负和信号），光电、霍尔式开关一般需要连接三个段子（正、负和信号）。
我这里测试用3个轴的min位置来做原点的配置方式。测试限位开关应该接在各轴的min位置上。然后电机测试轴的home按键，对应轴的电机应该开始转动，然后按下对应轴的限位开关两下（为了提高精度，碰到一次后返回几毫米再碰到才是真正的原点），此时电机应该停止转动。以上操作重复在其它轴上进行测试。

6、测试完成

如果上面的测试顺利完成，说明你可以开始把所有的东西安装在机构架子上了。需要注意各轴和各限位开关的对应关系。

五、测试修改并重新上传固件
如果你的固件有问题，强烈建议你再过一遍固件配置部分。
比较容易出错的地方是：限位开关的配置，每毫米脉冲数等。

六、切片软件配置

切片软件是生产打印机主控板可以识别的代码（Gcode）的工具，没有这个软件的帮忙，打印机不能识别3d模型文件。这里暂时只介绍Slic3r这个切片软件。简单好用功能强大。

1、打开expert模式

Slic3r默认是简单模式，但是我建议直接打开expert（专家）模式，从而能够对打印机进行更好的控制。我这里以mac版本为例子，其它版本做相似操作。

clip_image020clip_image021

如上图设置后，重新启动后就会进入专家模式。

2、print settings

打印配置，跟打印相关的配置会在这个栏目下。有些相同的打印机会对不同的模型打印时用不同的打印配置，从而实现各自最好的效果。

2.1 Layers and perimeters 层和边缘配置

clip_image022

Layer height:为打印每层的层高度，0.4mm打印头推荐层高0.3以下，层高越小，打印精度也高，同样模型打印时间也就越长。 我设置的是0.3mm。
First layer height:第一层一般为了更好的粘在平台上，都会比其它层高要小一些，比如50%左右，我这里设置的是0.2mm。
Perimeters：是指每层的边缘部位需要打印的圈数。默认为3层。无特殊需求保持默认即可。
Solid layers：底层和顶层各需要多少层进行完全填充，默认各3层就可以。
其它参数默认。

2.2 Infill 填充配置

clip_image023

Fill density:填充比例，最大1(100%)，最小0，越大理论强度越高，当然耗费的时间和物料也就越多。一般情况30%的填充率已经可以满足大部分的打印需求了。
Fill pattern：填充时的图案是什么样的，可以保持默认，也可以找到自己喜欢的模式。 Infill every ? layers：每多少层进行填充，默认每层都进行填充。
其它配置可以默认。

2.3 Speed 打印速度配置

clip_image025
2.4 Skirt and brim 轮廓打印

clip_image027

Skirt：是指在正式打印之前，在模型周围做一个轮廓打印的动作，来保障挤出机出丝正常，以及给你时间及时发现问题，比如平台不平，平台高度有问题，挤出头等等。

七、开始打印
如果你顺利完成了上述的所有步骤，你的打印机应该可以开始工作了。