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大家都知道，3D打印机是一种数控设备，它通过执行由切片软件对3D模型的切片后生成的运动指令，去完成打印操作。
而运动控制器本质上就是解析这些运动指令的，并发出可以驱动电动机工作的脉冲，去最终让打印机的机械部分执行，完成打印。
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所以它对运动指令如何解读，直接决定了打印结果的好坏，重要性不言而喻。错过这期点客分享会的童鞋，快来看看文字版吧。
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20:03 上传
分享人：嗷嗷叫的老马
职业：程序员
特长：运动控制，上位机编程，下位机编程
入坑时间：2010年
机型：UP，K800
运动控制器能接受的运动指令通常是G代码（例如使用Marlin固件的控制器），小部分是自定义指令（例如太尔时代的机器）。
而且不同的运动控制器，对于相同的运动指令的执行，也并不是完全相同的。
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这里我向大家分享一下我在3D打印方面的运动控制器相关经验，不一定都对，欢迎大家指正。
涉及到的内容主要分为两个部分（这里特指FDM类型的3D打印机）：有关打印效果的运动控制，以及有关机械机构运行状态的运动控制。
有关打印效果的运动控制
先说说有关打印效果的运动控制，这个是大家都挺关心的。
3D打印过程中，经常会遇到起始点堆料的问题，以及转角堆料问题（如下图）。
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对于起始点堆料问题，有经验的点客大多在切片软件中的挤出补偿设置部分处理，下图。
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通过设置，可以比较好地解决起始点堆料问题。
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然而转角堆料问题就没那么简单了。之前与某生产3D打印机的公司技术员聊过，他的解决办法是把转角部分在画图时就做一个小圆角。
这也是无奈之举，因为仅从切片软件这里已经不能很好地处理此问题。
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19:55 上传
其实这两个问题的本质是一样，都是因为挤出头有滞后，即使设置了回抽，却仍然会有些已经融化的材料经由重力流出，于是就多了一堆在那里了。
这两个问题实际上是应该在运动控制器这里解决的，只是目前FDM打印机大多都是使用开源固件，而开源固件并未在这方面下很多工夫（毕竟要留空间给商业固件嘛）。
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而且大多数国内的FDM厂家也没有运动控制层面的经验，甚至只是做个硬件，运动控制部分直接使用开源固件装上了事。
最多自己把开源的控制器板子改改，做成一体板，加点附加功能，就成了“自主创新”的了。
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其实在工业中，有一个行业与FDM很类似，那就是点胶机行业。点胶机工作时也是把流体胶挤出到目标位置，也要处理拉丝，转角堆料，起始堆料等问题。
而点胶机（下图）是3轴工作，出胶并未像FDM一样有一个联动轴精确控制，仅是一个单io控制气阀开闭而已。
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最终效果还算不错，主要原因就是运动控制层专门针对此问题做了优化。以转角堆料为例。
为了降低对机械机构的冲击，转角时控制器大多都会降低XY轴速度，而3D打印机当然也会如此。
但由于挤出的是流体，它不可避免地会有部分不受控，并不是说挤出轴一慢挤出也马上跟着慢，其间有一个滞后。
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因此，在XY轴速度降低时，虽然挤出轴也在降速，但是有一部分流体材料可不会马上降，于是在转角处就有更多的料，堆料了。
点胶机由于挤出轴根本不是联动轴，此问题理应更严重，但实际上处理得很好。
因为点胶机控制器有个简单的流体补偿算法，它会自动根据当前轨迹速度和减速度以及胶水粘度，去自动计算出需要提前关闭胶水的点，使得进入拐角前，就已经不再主动挤出胶水，而是利用挤出嘴余下的不可控胶水把拐角填好。
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对于开源固件+开源控制器，那怎么办呢？
只能通过尽量提高拐角速度，去降低拐角处材料的堆积，这样也能有一定效果，但是对机器冲击很大，需要更好的传动机构，不然工作不了多久，整体精度就会大大下降，因为高冲击下工作时机构磨损很严重。
而像太尔时代一类使用非开源固件，甚至自己写切片软件的机器，就是把这些细节都处理好的，机器走起来很柔，寿命长。
但是却能把拐角堆料，起始堆料以及拉丝等常见现象降到最低，并且把这种状态维持非常长的时间，这也是这些机器敢卖那么贵的原因之一。
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19:55 上传
我自己因为本身就是从事工业运动控制行业的，手里就有工业用专业运动控制器，测试过类似的流体补偿算法，对于以上问题的改善确实是非常明显。
不过直接使用这类专业运动控制器去做3D打印机的话也有限制，因为专业运动控制器一般来说都不便宜.....
再说了，大部分3D打印机用户对于这些细节并非到了不可忍受的地步，堆一点料就堆一点吧，问题不太大，可以把加速度调高点，换上好点的运动机构，让机器高速过拐角即可。
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机械机构运行状态的运动控制
这一部分算是提高，因为好的运行状态对于任何机械来说都是最优的，比如元件寿命可以很长，或者同样寿命情况下可以不需要使用非常贵的元件，又或者提高运行速度，降低运行噪音等。
对于FDM类型的3D打印机来说，打印速度是一个非常重要的参数。毕竟FDM是以线成面，以面成体，因此打印速度就在大部分情况下成为了高下差别的判定参数。
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实际上，除了打印速度这个最直观的参数外，还有工作噪音，机构冲击等挺多方面，只是大多数情况下其它参数并不是那么被人关注。
打印速度的提高，我曾经在点客社区的论坛中发表过相应的文章，里面提到过除了温度要相应提高，切片软件相关设置，以及机械要能跟上外，运动控制器本身也需要有足够的性能。
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以那篇文章中我举的例子来说，驱动器细分后3200脉冲输入，单轴导程40mm，目标速度300mm/s。
那么电机就得做到450转/分，即7.5转/秒，那么7.5*脉冲，控制器需要每秒发出24K的脉冲才行。
这一点是运动控制器的硬性参数，对于目前我所使用的MEGA2560板子来说，差不多到极限了。
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在这个脉冲频率下，还要加上其它运算，CPU已经不堪重负，跑起来已经开始卡顿了。
而这对专业运动控制器来说，真是小菜一碟，不输出个几兆的脉冲都对不起“专业”两个字。脉冲频率，直接决定了机构的最高运行速度。
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接着是运行时的机构冲击、噪音等方面。
这方面一般来说是通过设定合适的加速度来达成的，但加速度曲线本身也有很大关系。
开源的各固件，由于硬件性能原因，基本上使用的都是梯形加速曲线（下图），这种加速的好处是CPU占用低，实现简单；而专业运动控制器一般除了梯形加速曲线外，往往还有S加速曲线。
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梯形加速曲线，其速度是梯形增加，往往会导致加速过程中会出现速度突变，增加噪音以及机构冲击。
S加速曲线则加速过程连续，噪音低，对机构冲击小，是比较好的加速方式。
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大家的3D打印机，如果把加速度设置得适当，则可以在一定程度上提高机构的寿命，并间接地提高打印速度。因为加速度如果过高，往往会导致丢步，于是速度加不上去。
因此，为自己的3D打印设置合适的加速度值，是非常必要的。而这个值与具体打印机有关，因为不同打印机的移动部件惯量不同，所以无法一概而论，需要一定的经验去调整。
以MARLIN固件为例，M201指令就可以设置打印工作时的加速度，一般以机构没有明显冲击声，并且加减速过程比较柔和为准。
其它的一些更高级别的运动控制，能在非极高精度路径环境下起到更好的效果，例如曲线拟合输出，这里最后简单说一下这个功能的意义。
还是以上面拐弯的例子来说，拐弯时机构因为有质量，所以会有惯性，这个是肯定的。那么想要高速地拐弯，就需要对抗这个惯性，不然速度一起来，机构会承受很大的冲击。
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20:01 上传
一些专业运动控制器，会给一个惯量参数让用户设置，这个参数将会参与一个惯量计算算法中去，以让拐弯时的路径，不再是100%与给定的路径一样，而是使用上面的参数结合惯量算法，计算出机构实际上在惯量的作用下偏移的路线，让机构去以这个修正后的路线移动。
因为实际上机构在拐弯时或多或少一定会有因为惯量导致的偏移，如果控制器忠实地以原路径发出指令，则机构就需要承受这个冲击力，但实际机构还是产生了一定偏差，同时还带来极大的冲击与噪音。
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既然如此，在一些对精度要求不高却对速度很敏感的场合，就需要机构长寿命地高速工作，那就干脆以偏差后的路径去运行，这样的话实际路径精度几乎一样，但噪音却大大降低，对机构的冲击也大大降低。
这样的功能其实非常适合3D打印机，只是曲线拟合输出又是一个需要大量CPU资源的功能，以目前开源的运动控制器来说，几乎也是无法达成的，而专业运动控制器的价格....所以大家听听就好了，哈哈。
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19:55 上传
尾声了，做个总结！
运动控制这一门技术，它决定了机构的整体性能。
这个整体性能，包括速度，噪音，寿命，精度等方面。运动控制做得越好，这些方面就越理想。
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针对FDM的3D打印机来说，那就是说，运动控制做得牛逼，就可以做到线条均匀（没有起始堆料/少料，没有拐角堆料等），打印速度快，工作噪音低，机构寿命长。
当然，代价自然是钱钱钱了.....
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好了，我要说的已经说完，唠叨了很久了哈哈！
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还木有人打赏~(╬▔皿▔)
体验过不同控制系统的打印机，控制系统的好坏对打印质量影响很大
体验过不同控制系统的打印机，控制系统的好坏对打印质量影响很大
体验过不同控制系统的打印机，控制系统的好坏对打印质量影响很大
学习了，多谢分享；
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学习了，多谢分享；
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