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一种3D打印机网络云平台的设计方案

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方统浩+吕宁

摘要：随着近年来3D打印逐渐融入我们的生活，传统3D打印服务模式的弊端也愈显严重，本文旨在对现有传统的3D打印服务上，运用云计算技术与传统3D打印相结合的方式，设计一种3D打印机网络云平台的设计方案，给用户提供新的解决方案和智能服务。经搭建测试后，平台的运作结果符合预期要求。

关键词：3D打印机；云计算；智能服务；云服务

引言

随着近年来3D打印逐渐融入我们的生活，其传统的打印方式的弊端也越显严重。传统的3D打印服务的有着“传统3D打印服务没有依靠云平台来作服务支撑”，“资源由于没有整合形成资源池，导致设备资源的调度极其不方便”等固有缺陷。所以本文的内容着力用“云”+“3D打印”的结合来解决传统3D打印方案的缺陷。

3D打印机+云的结合可以解决传统的3D打印不灵活的情况，可以实现“远程打印”，“一键打印”，“模型库共享”等功能，以提供全新的智能化3D打印解决方案。云平台有着“灵活”，“按需服务”，“无处不在的网络访问”等相对于传统平台的优势。

1系统主要技术以及框架

1.13D打印云平台主要技术

其客户机采用了3D打印機+客户端的形式。3D打印机方面，主控平台采用ArduinoMEGA2560+RAMPS，采用A4988步进电机驱动，人机交互采用LCD12864+HMI串口屏，与客户机通信方案有SD卡+Wifi+串口。服务器方面，采用CentOS操作系统，Web前端采用PHP，数据存储方面选择Mysql，在Web服务器方面采用Ngnix、技术。客户可以通过人机交互串口屏来实现3D打印机的本地打印，也可以联网通过云平台服务来进行一键打印与状态检测，以及模型文件上传下载等功能，实现“随时随地即可打印”。

1.2系统框架

整体系统框架，如图2-1所示。

图2-1整体系统框架图

23D打印机部分

2.1ArduinoMega2560+RAMPS主控

ArduinoMega2560是基于采用ATmega2560的AVR架构处理器的微控制板，其最大的特点在于拥有54路数字输入/输出，其中15路可以作为PWM输出，特别适合于大量IO接口的需求，16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器。Mega2560属于Mega的升级版，Arduino平台相比于传统硬件平台，拥有社区，以及设计完善的软件模块等优势。

2.2LCD12864HMI串口屏

采用LCD12864HMI串口屏作为人机交互的手段，其最大的特点在于开发速度极快，可以自行利用PC机进行对其UI编程，拥有可编程智能LCD，触摸显示屏，嵌入式图形界面，上位软件自动在线升级等特点。

2.3HC-05蓝牙模块

蓝牙模块BT-HC05模块是一款高性能的主从一体可以设置的蓝牙串口模块，模块的接口有串口、SPI接口、USB接口，可用于各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP等智能终端配对。产品开发中我们选用了串口进行通信。

2.4软件部分

单片机编程采用ArduinoMega2560+RAMPS作为主控，可以跨平台开发，便捷灵活，方便上手。其程序初始化过程为：系统初始化、IO初始化、串口初始化、中断初始化、定时器初始化、HMI显示屏初始化。

3客户端设计

3.1本地打印

利用客户端程序，通过串口，Wifi，SD卡以及蓝牙的方式与3D打印机进行通信，来布置用户的打印任务，相对于传统打印没有什么较大的区别。

3.2联网打印

利用云平台的优势，用户可以下载官方客户端，通过客户端访问服云端，实现例如“一键打印”，“模型上传”，“模型下载”，“在线3D工具”等功能以及各种行业解决方案。用户访问Web网站，账号与密码采用RSA加密算法进行加密存储于服务器的Mysql数据库中，用户通过HTTP协议GET请求与服务器进行通信，并且采用MD5校验算法来检验数据的完整性。

3.3软件部分实现

3.3.1图形用户界面

采用C++编程语言，图形用户界面应用开发采用比较流行的Qt程序开发框架，相较于传统的MFC与win32，Qt开发具有以下优点，如表3-1所示。

表3-1Win32、MFC和Qt程序开发对比

可见，Qt除了运行效率低于传统的Win32与MFC，其余无论是从开发速度、可维护性、跨平台、学习难度等方面来讲，并且Qt可以解析HTTP协议，所以采用Qt作为图形用户界面。

3.3.2客户端框架

考虑到Windows操作系统和Linux操作系统的一些内核设计上的差异性，由于Windows下多进程程序的开发对操作系统的开销十分巨大，决定采用多线程并发模式编程，采用高效的半同步--半异步并发模式。由于传统的半同步--半反应堆模式其中的循环队列需要临界区，所以其并