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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃韋欽
研究生(外文):Wei-Chin Huang
論文名稱:FDM 3D 列印機之G-Code預處理機制
論文名稱(外文):A Preprocessing Mechanism of G-Code for FDM 3D Printers
指導教授:張嘉銘張嘉銘引用關係
指導教授(外文):Chia-Ming Chang
口試委員:張嘉銘
口試委員(外文):Chia-Ming Chang
口試日期:2015-07-07
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:資訊工程學系(所)
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:45
中文關鍵詞:G-CodeFDM 3D PrinterMarlin
外文關鍵詞:G-CodeFDM 3D PrinterMarlin
相關次數:
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開源社群團體在現今FDM 3D列印機的發展中扮演著重要的角色,除了少數幾家3D列印機大廠自行研究開發外,許多3D列印機廠商在發展初期,大多是參考開源社群團體的FDM 3D列印機架構及資源開發產品;除了機械結構外及電子電路設計外,3D列印機韌體控制系統,也是各家廠商在開發產品時參考的重點,但也受限於參考韌體控制系統原有的工作及資料處理模式,在這一方面少有突破性的發展。
為了突破參考開源3D韌體控制系統的限制,本研究提出將G-Code處理程序在PC端先行運處理完畢後,再輸入FDM 3D列印機中執行的方法。藉此減少處理器負擔,並增加運作效能及節省CPU處理時間,而所節省的處理時間則可用於處理更多新增程序,且透過PC端的預處理可得到更優化的運算結果。
本研究藉由實驗量測及分析計算後,證實G-Code預處理比較傳統G-Code處理機制,可為FDM 3D列印機系統預先節省,一個列印專案98.9602%的路徑規劃運算,及0.8115%位置設定指令的處理工作。可預先篩選出無效指令及不受系統狀態影響執行完全運算,使預處理後所有的執行命令都是有效指令。雖然經過預處理後指令讀取時間增加3倍,但預處理機制在FDM 3D列印機系統中指令處理工作的時間,僅需要原始機制的9.12%。
FDM 3D列印機之G-Code預處理機制,在指令的處理時間上優於原始機制,不但為FDM 3D列印機系統節省許多處理時間,還可為FDM 3D列印機G-Code的處理方式提供另一種新的選擇。
Nowadays, open source hardware/software communities play an important role in fused deposition modeling (FDM) 3D printer industry. Except some major FDM 3D printer manufacturers design and develop the product by their own, many FDM 3D printer manufacturers leverage the system architectures and resources from open source communities in the preliminary design stage of their product. In addition to open source mechanical and electrical design, open source firmware design is also important and heavily leveraged by the manufactures. However, firmware development is often limited by the open firmware that you use and how it processes the G-code. Therefore, there are rarely breakthroughs can be seen in firmware development.
In order to overcome this limitation, which will be a breakthrough in terms of firmware development, this paper presents a method to process the G-code in the processor of personal computer instead of in microcontroller of the printer, and then send the output data to the printer for executing. By implementing the method introduced in this paper, the loading of the 3D printer’s microcontroller will be dramatically reduced; In other words, the microcontroller has more time to handle more tasks and in a more efficient way. In addition, processing G-code in the personal computer will get a more optimized result compared to the processing result from stand-alone printer.
Base on the measurement and analysis data from the experiments of this search, it shows that process G-code in the personal computer (hereinafter referred to as preprocessing mechanism of G-code) can save 98.9602% in operation plan and 0.8115% in process position set of a print task for the FDM 3D printer. By implementing preprocessing mechanism of G-code, invalid instructions can be pre-filtered out and G-code can be calculated and processed completely. (Not like processing the G-code in microcontroller, which might be affected by the system loading from other tasks). Although the time required for microcontroller reading the instructions, which output from preprocessing mechanism of G-code, is three times as long as the time required (for microcontroller) reading the instructions from the G-code (the latter instructions will perform the same task with the former instructions), the time required for the former instructions to be executed is only 9.12% of the time of the latter.
By implementing preprocessing mechanism of G-code for FDM 3D printer, the instructions processing time can be dramatically reduced. Not only can it save a lot of processing time for FDM 3D printer, but also it provides a better G-code processing method for the FDM 3D printer manufacturers and industry.
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
第 1 章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 2
1.4 章節介紹 3
第 2 章 背景知識 4
2.1 FDM 3D Printer 4
2.2 切層軟體 5
2.3 3D列印機用戶軟體 6
2.4 Arduino 6
2.5 Reprap 7
2.6 3D Printer G-Code 8
2.7 Open Source 3D Printer Control Firmware – Marlin 9
第 3 章 改良式FDM 3D列印機架構 11
3.1 FDM 3D 列印機硬體平台 11
3.2 Marlin系統架構 12
3.3 Marlin G-code處理程序 13
3.4 G-Code 預處理 14
3.5 預處理程式架構 16
3.5.1 直線路徑規劃 19
3.5.2 預處理程式檔案資料結構 21
3.6 預處理機制Marlin 22
第 4 章 實驗結果與分析 25
4.1 G-Code 檔案命令結構統計及分析 25
4.1.1 統計方法 25
4.1.2 結果與分析 25
4.2 G-Code與COMP檔案比較 26
4.3 Marlin系統無效運算分析 27
4.3.1 研究方法 28
4.3.2 結果與分析 28
4.4 預處理機制程序執行時間比較 29
4.4.1 實驗方法 29
4.4.2 量測結果分析 30
4.5 FDM 3D 列印機傳輸介面讀取時間量測及比較分析 34
4.5.1 指令讀取時間量測與分析 34
4.5.2 單位讀取時間量測與分析 34
4.6 預處理檔案資料壓縮 37
4.6.1 預處理檔案資料壓縮量測及分析 37
4.6.2 zlib應用於預處理資料壓縮傳輸之可行性分析 37
4.7 實際列印 40
第 5 章 結論與未來展望 42
5.1 結論 42
5.2 未來展望 43
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[13] 3D 打印機論壇,
http://www.qjxxw.net/forum.php?mod=viewthread&tid=644
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[15] 柯博文, “Arduino互動設計專題與實戰, ” 初版, 碁?資訊股份有限公司, Aug.2014
[16] Reprap, http://www.reprap.org/wiki/RepRap
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[18] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/G-code
[19] Reprap, http://reprap.org/wiki/G-code
[20] Reprap, http://reprap.org/wiki/Marlin
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[24] Wikipedia, https://zh.wikipedia.org/wiki/Zlib
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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