Данная статья посвящена анализу решений расширенного контроля и управления 3D-принтером на базе одноплатного микрокомпьютера. Проводится анализ различных устройств и их комбинаций для использования в сборе данных работы телеметрии и выполнения команд управления «на лету».
Ключевые слова: микрокомпьютер, масштабирование, 3D-принтер, OctoPrint.
При рассмотрении основных электронных компонентов 3D-принтера, базовым и главным элементом является основная плата управления. В основном производители разрабатывают свои решения для серийного производства Creality, Anycubic, TwoTrees. Некоторые пользуются готовыми решениями от открытых вендеров BigTreeTech, Lerdge, Mellow, TriangleLabs. Открытые решения имеют преимущества в виде возможности выбора драйверов для моторов, благодаря опции их замены, документация более полная и расширенная, открытый исходный код конфигурация прошивки, увеличенная частота обновлений.
Далее не будет рассматриваться управление 3D-принтером посредством подключения устройства к компьютеру напрямую, по причине отсутствия возможности масштабирования данного подхода и стоимости подобного решения. Следующим важнейшим элементом 3D-принтера является дисплей и здесь производители разделяют два подхода.
Первым является использование дисплея как вспомогательного устройства для управления конфигурацией прошивки зашитой в контроллер основной платы. Все Gcode-файлы исполняются мощностями основной платы, дисплей применяется только для указания какие файлы необходимы исполнять и для управления механикой установки.
Второй же подход подразумевает использование дисплея как второго вычислительного устройства, Gcode-файлы выполняются непосредственно с использованием чипа дисплея, а основная плата в свою очередь принимает команды от дисплея на перемещения головки по определенным траекториям. Нередко чип дисплея может быть мощнее чипа основной платы, что приводит к слишком быстрой отправке команд и в результате основная плата не успевает их выполнять и кэш памяти становится переполненным. Главная причина этой ошибки заключается в отсутствии единого стандарта между производителями дисплеев и плат управления, каждый разработчик вынужден вносить корректировки и исправления в программную часть индивидуально для каждой пары дисплей/основная плата.
Одним из примеров такого тандема в управлении аддитивными установками является пара — BIGTREETECH SKR MINI E3 V2.0/TFT35 E3 V3.0. SKR в качестве платы управления является отличным решением имея на борту драйвера TMC 2209 и базовый чип на основе STM 32, а TFT35 в свою очередь обладает возможностью эмулировать стандартную прошивку монохромных дисплеев и современный тач-интерфейс с расширенным функционалом, что позволяет выполнять задачи которые ранее нельзя было делать без прошивки конфигуратора, например, калибровка PID-коэффициента. [1] На рисунке 1 изображен комплект — основная плата/дисплей.
Использование дисплея с расширенным функционалом и распределением команд между основной платой позволяет компаниям интегрировать новые опции в контроль за машинами и изменить подход к подготовке проектов, изучить вопрос совсем под другим углом и решать такими способами, для которых у них ранее либо не хватало вычислительных мощностей, либо доступного функционала.
Рис. 1. SKR MINI E3 V2.0/TFT35 E3 V3.0
Применение метода управления 3D-принтером через управляющий дисплей и основную плату является на данный момент самым популярным среди специалистов, но не самым полнофункциональным и автоматизированным.
Для решения задач в области сбора данных телеметрии удаленно, дистанционного запуска печати, анализа карты высот рабочей поверхности, видео и фотофиксации, включения параметров Linear Advance, сбора статистик работы оборудования необходима большая вычислительная мощность.
Существует множество программных продуктов как с открытым исходным кодом, так и проприетарных решений, но главный фактор — это аппаратная база. Для установки систем из семейства Klipper, Octoprint, Octodash, MainSailOS нужна платформа, отвечающая аппаратным требованиям. [2]
OrangePiZero
Данный микрокомпьютер является одним из самых бюджетных решений на 2021 год. Его использование актуально в тех случаях, где возможностей стандартных плат уже мало, а опции более дорогих решений будут избыточны. На рисунке 2 изображен внешний платы OrangePiZero.
Рис. 2. Внешний вид платы OrangePiZero
Данное устройство поддерживает несколько дистрибутивов, базирующихся на ядре Linux, что немало важно поддерживает OpenWrt. Плата имеет возможность подключения дополнительных шилдов, нависающие модули с дополнительными портами, что позволяет расширять функционал в области коммутации. Мощность 4-ядерного вычислительного чипа позволяет раскрыть максимальный потенциал в области 3D-печати, перенести все вычисления и расчеты траекторий на него. 512 МБ RAM позволят хранить большой кэш команд, сетевые протоколы Bluetooth и Ethernet расширят потенциал коммутации устройств внутри сети и выводят дистанционное управление оборудованием на новый уровень.
В семействе подобных устройств существует несколько моделей. Внимание акцентируется именно на этой плате по причине ее полного соответствия всем требования для решения задач в области автоматизации 3D-печати.
На рисунке 3 отображена сравнительная таблица технических характеристик одноплатных компьютеров на базе ARM чипов. [3]
Рис. 3. Сравнение тех. характеристик мини-ПК
Рассматривать более серьезные решения необходимо при условии привязки в одну сеть автоматизации несколько единиц оборудования и выполнения расчетов на одной плате.
Литература:
- BIGTREETECH SKR MINI E3 V2.0. — Текст: электронный // Bigtree-Tech: [сайт]. — URL: https://www.bigtree-tech.com/products/bigtreetech-skr-mini-e3-v2–0–32-bit-control-board-integrated-tmc2209-uart-for-ender-3.html (дата обращения: 20.06.2021).
- Welcome to Mainsail. — Текст: электронный // Mainsail: [сайт]. — URL: https://docs.mainsail.xyz/ (дата обращения: 20.06.2021).
- Обзор одноплатного компьютера Orange Pi Zero. — Текст: электронный // Dmitry's notes: [сайт]. — URL: https://dmitrysnotes.ru/obzor-odnoplatnogo-kompyutera-orange-pi-zero (дата обращения: 20.06.2021).
