RAMPS1.4 3D打印控制板:軟件下載\連接\安裝\測試

RAMPS1.4 3D打印控制板:軟件下載\連接\安裝\測試

特別說明：

電源接反，電機驅動板接反將有可能燒毀芯片和電路，請再三確認后再進行通電。

如何使用：

1、需要用到的模塊或器件：

Arduino Mega2560 主控板（該套件包含）：這是3d打印機的大腦，負責控制整個打印機來完成特定的動作，如打印特定的文件等；

RAMPS1.4 （該套件包含）：這是上面主控板的拓展板，有它是為了更好的與其它硬件進行連接和控制的，起到過渡橋梁的作用；

A4988步進電機驅動板（該套件包含）：這是用來連接步進電機的，從而實現主控板對步進電機的控制，實現XYZ及擠出機的動作；

4～5個步進電機（該套件不包含）：這是3d打印機的動力部分，由A4988驅動板控制，電機連接到RAMPS1.4板子上；

加熱頭（不包含）：加熱頭是用來熔化打印材料的（ABS、PLA等），一般加熱頭都有兩個電氣元件，一個電熱絲通電后可以用來加熱，類似於電熱爐，另一個是熱敏電阻，用來獲取加熱頭上當前溫度是多少，從而實現更好的溫度控制，由於固件(Marlin：https://github.com/ErikZalm/Marlin/tree/Marlin_v1)對溫度獲取成功后才允許進行很多操作，所以即使進行簡單測試也需要連接兩個熱敏電阻（另一個用來獲取熱床溫度），需要另外加拍熱敏電阻；

熱床（heatbed）（不包含）：在打印ABS時，為了讓其不變性且第一層容易黏到平台上，一般的解決辦法是采用熱床，熱床同樣包含兩個部分，加熱部分和熱敏電阻，其中熱敏電阻是必需的；

12V電源（不包含）：為了能夠驅動電機及電路板，你需要自己配備一個12V 100W～200W左右的電源。

以上部分都是電路連接部分的必需部件，如果缺少一個，將不能進行相應部分的測試。

其它非必需的主要包括12V風扇和至少3個限位開關（如果沒有並不影響對電路板的測試，但會影響打印機的使用，如果你做整套打印機，這是必需的，尤其限位開關）。

2、准備工作：

在開始連接和測試之前，你需要些必要的軟件：

Arduino IDE，用來將固件傳輸到主控板上的工具，下載地址：http://arduino.cc/en/Main/Software；

固件（Marlin），這是主控板上需要執行的程序，將其傳輸到主控板上，下載地址：https://github.com/ErikZalm/Marlin/tree/Marlin_v1，傳輸方法：打開arduino IDE，選擇菜單Tools -> Board -> Arduino Mega 2560，然后選擇串口Tools ->Serial Port ->相應的串口，點擊編譯並下載到板子上。參考固件里面的說明配置相應的參數，最主要的是配置板子類型為RAMPS1.4（找到Configuration.h文件中的這一行#define MOTHERBOARD 33【這里必須改為33】），其它可以暫時默認即可；

*上位機軟件：printrun：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/ 下載對應版本並安裝即可；

以上是需要用到的軟件，第一個是你配置參數時需要經常用到的，如果參數確定后，就很少再使用了，第三個是打印機控制軟件，平時打印也會使用。

3、燒固件：

*編輯固件並上傳到主控板中：

將主控板通過USB連接到電腦上，主控板的電源燈會亮。

用Arduino IDE打開下載的固件文件中的主文件（Marlin.pde），打開后，通過TAB選擇到Configuration.h文件，並找到：

#ifndef MOTHERBOARD

#define MOTHERBOARD 某數字

#endif

修改為：

#ifndef MOTHERBOARD

#define MOTHERBOARD 33

#endif

暫時修改這些參數即可。然后選擇菜單Tools -> Board -> Arduino Mega 2560，並且選擇串口Tools ->Serial Port ->相應的串口（一般是倒數第一個，不對可以多試幾次其它的），點擊IDE上的向右箭頭（→）圖標，進行固件上傳，如果安裝上面步驟操作下來應該不會有錯誤。並且可以看到主控板上的另一個LED燈會不停的閃，這說明正在上傳中；等待完成即可。

4、連接其它電路板及測試：

斷開USB數據線，將RAMPS1.4板子連接到主控班上，注意不要連接錯誤，RAMPS上背面的插針應該都連接到主控板上才對。

然后連接兩個熱敏電阻到板子相應位置，先下圖，此時打開printrun軟件（上面的第三個軟件），選擇串口（一般是最后一個），設置波特率（為250000）。點擊連接如果正常，右側會有連接成功的提示文字，並且下面的操作按鈕將可以正常使用了。

通過printrun軟件上的“check temp”（讀取溫度），可以獲取兩個熱敏電阻的溫度，因為熱敏電阻是直接連接上的，所以讀取的溫度應該接近你所在的室溫，如果讀取的值為0，所有連接有誤，請檢查。

雖然沒有連接加熱頭和熱床，但可以進行簡單測試，首先連接12V電源，然后設置加熱床和加熱頭的溫度分別為230和110度，此時板子上有兩個紅色LED會相繼點亮，這說明這部分電路正常，關掉即可。然后再右下角輸入命令：M106 S255點發送，來打開風扇控制，此時另一盞紅色LED會點亮，輸入：M107點發送可以關掉。

斷開電源，將A4988驅動板接入RAMPS板子，注意方向正確與否，否則有可能會燒壞板子，可以參考我的照片。應該至少有一個電機做測試，電機連接應該按照下圖所示進行連接，一般的為紅藍綠黃的順序進行連接，接好后，接通電源，通過printrun可以嘗試讓電機動起來，比如你將電機連接到了X軸上，電機X軸電機+10mm，電機會旋轉，點擊-10mm，電機會反轉。同樣的可以測試YZ兩軸（更改電機時應該斷掉電源）。擠出機電機當溫度不達到時是不能測試的，你可以將其A4988驅動器安裝到XY或Z軸上進行測試，以保證驅動器的正常。

如果上面的測試都沒有問題，說明主要的電路就沒有問題了，剩下的就是把你的3D打印機組裝起來了。

連接檢測方法:

一、准備工作
“工欲善其事，必先利其器”，在開始工作之前，你應該准備下面所說的工具（包括軟件和硬件）。

1、需要下載的軟件
1.1 固件上傳工具——Arduino IDE
這是上傳固件的必備工具，有了這個軟件讓上傳固件變的容易很多，插上USB，就可以輕松上傳。

下載地址：
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

1.2 3d打印切片軟件——Slic3r

這個軟件是生產3d打印機能夠識別的控制代碼的必備工具。沒有它，3d打印機將不能識別3d模型的格式。只有通過這個軟件轉化為G代碼后，打印機才可以正常使用。而Slic3r是一個非常優秀的切片工具。

下載地址：
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

如果你想通過源代碼自己編譯，請參考：slic3r

1.3 3d打印機控制軟件（上位機）——Printrun

reprap官方上位機，界面簡單，操作方便，是新手不錯的選擇。它是3d打印機的控制中心，它會不停的讀取計算機上的G代碼文件（由上面的切片軟件生成），然后通過usb線傳輸給3d打印機主控板（mega2560）從而實現對打印機的精確控制。

下載地址：
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
更多版本選擇：Printrun

1.4 固件——Marlin

固件是安裝在mega2560板子上的軟件，功能強大的Marlin是不錯的選擇。

下載地址：https://github.com/ErikZalm/Marlin/archive/Marlin_v1.zip
下載后解壓后，marlin文件夾里的所有文件就是固件的源代碼，找到里面的pde或ino文件用IDE軟件打開即可。

2、安裝驅動

MAC和linux系統都不需要位mega 2560安裝特定驅動，插上usb就可以使用了，由於mega 2560板子實際上是usb轉串口，所以插上后如果正常，會多了一個串口出來。

2.1 windows操作系統安裝驅動

當你安裝好Arduino IDE后，來到IDE的目錄，里面有一個
driver
文件夾，進去后找
mega2560 r3
字樣的inf文件，如果找不到，這個目錄下應該會有一個壓縮文件，解壓后就可以找到這個文件了，右鍵安裝就可以了。這是插上mega2560板子，應該是可識別的設備了。

3、工具及配件

DIY 3d打印機沒有必要的工具，幾乎是不可能完成的，當然必要的配件也是必須的。

3.1 常用工具

在測試或安裝3d打印機套件時，可能會用到的工具包括有，一字螺絲刀、剝線鉗、壓線鉗、電烙鐵、鑷子、片口、尖嘴鉗、高溫膠帶等等。
配套4

3.2 配件

一台完整的3d打印機是由幾十個甚至上百個零件組合而成。如果想完成下面的測試或組成一台打印機，你應該有一下零件：
- 3d打印機主控套件：主要包含一個mega 2560主控板，一個RAMPS1.4拓展板和4個4988步進電機驅動板；
- 12V 200W開關電源：用於提供12V電壓，可以使用電腦上的ATX電源，但接線時需要注意；
- 2個100k ntc熱敏電阻：為了實現控制板對加熱頭及加熱床的溫度控制，需要有兩個溫度傳感器，最方便的莫過於ntc 熱敏電阻，100k電阻是不錯的選擇（大部分固件直接支持）；
- 至少一個兩相四線步進電機：如果你是簡單測試，只需要一個步進電機就可以完成輪流測試，如果你要組成一台成品，你需要4～5台步進電機，Z軸根據機械結構的不同有的采用兩台電機驅動。電機型號需要根據你自己的情況選擇，一般來說普通42電機都可以勝任，需要注意的是4988最大支持的驅動電流是2A；
- 至少一個限位開關：限位開關是打印機用來確定位置的重要傳感器，要組成完整的打印機至少需要3個限位來幫助打印機確定原點位置，限位開關種類很多，可以是機械式的、光電的、磁性的（霍爾）等；
- 12V加熱管：如果你的機械是FDM（熱溶式打印機），那么加熱管幾乎是必須的，用在加熱頭上面，可以選擇12V 40W的加熱管。如果你緊緊是測試主控板是否正常，可以不需要，因為ramps板子上有led指示燈，知道是否在通電；
- 12V風扇：用於散熱的風扇，沒有太多需要說明的，需要注意的是風扇正負極必須接對，否則不會轉，也可以僅僅通過led指示來判斷是否工作；
- 12V加熱床PCB板：為了讓打印材料更容易粘在打印平台上，以及防止冷卻變形（主要是ABS材料），如果打印PLA材料，該板子可以不需要，如果測試也可以只通過led來指示；

4、准備開始

如果你已經把上面的軟件硬件都准備好了，那么就可以進入下一個環節了。

二、配置固件並上傳固件

mega 2560板子在3d打印機中相當於大腦，控制這所有的3d打印配件來完成復雜的打印工作，但mega2560不能直接使用，需要上傳（upload）固件（firmware）才可以使用。

1、下載固件——Marlin，由於Marlin固件的強大功能和簡單易用，所以這里暫時只介紹Marlin固件。
2、配置固件參數

下面是需要配置的參數。沒有提到的參數默認即可。
#define BAUDRATE 250000
這是配置串口波特率的，只有上位機波特率和固件波特率相同來能通訊成功，一定需要注意。當然也不能隨便改，常見的波特率為：2400，9600，19200，38400，57600，115200，250000。在3d打印機中常用的是后3個。
#define MOTHERBOARD 33
這個參數是配置板子類型的，3d打印機主控板類型非常多，每個板子的io配置不盡相同，所以這個參數必須要跟你自己的板子類型相同，否則無法正常使用。我的板子是RAMPS1.4版本，對應的配置應該為33（單打印頭配置），和34（雙打印頭配置）。如果你使用的是其它板子，請參考旁邊的注釋並選擇合適的配置。
#define TEMP_SENSOR_0 3

#define TEMP_SENSOR_BED 3
這兩個參數分別配置溫度傳感器的類型。這是讀取溫度是否正常的重要參數，如果讀取的溫度不正常將不能工作甚至有很大的潛在危險（燒毀器件等）。如果你使用了其它溫度傳感器需要根據情況自行更改。
#define EXTRUDE_MINTEMP 170
這個參數是為了防止溫度未達到而進行擠出操作時帶來的潛在風險，如果你做其它3d打印機，比如有朋友做巧克力打印機，擠出溫度只需要45度，那么這個參數需要配置為較低數值，比如40度。
const bool X_ENDSTOPS_INVERTING = true;
const bool Y_ENDSTOPS_INVERTING = true;
const bool Z_ENDSTOPS_INVERTING = true;
這里的三個參數是配置3各軸的限位開關類型的，配置為true，限位開關默認狀態輸出為1，觸發狀態輸出為0，也就是機械限位應該接常開段子。如果你接常閉段子，則將true改為false。
#define INVERT_X_DIR false
#define INVERT_Y_DIR true
這兩個參數是比較容易錯的。根據自己機械的類型不通，兩個的配置不盡相同。但是原則就是要保證原點應該在打印平台的左下角（原點位置為[0,0]），或右上角（原點位置為[max,max]）。只有這樣打印出來的模型才是正確的，否則會是某個軸的鏡像而造成模型方位不對。
#define X_HOME_DIR -1
#define Y_HOME_DIR -1
#define Z_HOME_DIR -1
如果原點位置為最小值參數為-1，如果原點位置為最大值配置為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
這幾個參數是配置打印尺寸的重要參數，參考上面的坐標系圖來填寫，這里需要說明的是坐標原點並不是打印中心，真正的打印中心一般在[(x.max-x.min)/2,(y.max-y.min)/2]的位置。中心位置的坐標需要在后面的切片工具中使用到，打印中心坐標應該與這里的參數配置匹配，否則很可能會打印到平台以外。
#define HOMING_FEEDRATE {50*60, 50*60, 4*60, 0}
配置回原點的速率，單位為毫米每分鍾，如果你使用的是xy軸同步帶傳動，z軸螺桿傳動，這個參數可以使用默認值。
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {85.3333, 85.3333,2560,158.8308}
這個參數是打印機打印尺寸是否正確的最重要參數，參數含義為運行1mm各軸所需要的脈沖數，分別對應x,y,z,e四軸。多數情況下這個數字都需要自己計算才可以。可以參考http://calculator.josefprusa.cz/#steppers

至此，最常用的參數都已經配置完成，可以開始使用了。 另外如果2004lcd板子還需要改
//#define REPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER
將前面的
//
刪除掉才可以正常使用。

3、上傳固件

上傳之前，windows用戶需要提前安裝驅動。 配置板子類型：Tools > Board > Arduino Mega 2560 or Mega ADK，如圖

配置串口： Tools > Serial Port > 你的mega板子對應串口號一般是最后一個。如圖

點擊對號按鈕來檢查是否有錯誤，再點擊向右的箭頭按鈕來上傳固件，如圖

上傳過程中，2560板子上的TX RX 和L對應的三個led燈都會閃。如果不閃了，說明上傳完成

上傳完成提示

如果上傳成功，你就可以進入下一個步驟了，如果上傳中出現問題而無法上傳，請查看IDE下方的提示框，確認是什么問題后進行進行解決再上傳，常見錯誤板子類型選擇錯誤，串口選擇錯誤等。

三、RAMPS1.4 接線
         RAMPS1.4作為mega2560的拓展板插在mega板子上面。從而讓mega板子可以控制3d打印機的工作。ramps上的接線至關重要，接錯不僅不能打印，甚至還會燒壞器件和板子。請一定注意。
RAMPS1.4板子的功能分布,請參考示意圖，為了防止接錯，請再三確認以下幾個方面后再通電，
* 電源正負極是否正確？
* RAMPS電源只接12V，沒有5V接入。
* 4988驅動板確保沒有插錯位和顛倒（如果連接錯誤，通電就會燒板子）,請細看A4988驅動板的接線圖。

最后，將ramps1.4插在mega2560板子上，注意不要接錯位。在通電之前你應該仔細檢查一下，免得有疏忽。接錯了會導致后面的工作無法正常進行。如果都沒問題了，可以接上USB線，和12V電源了。

四、連接上位機並做簡單手動控制

如果之前的操作都順利，現在就可以插上USB線，打開printrun上位機軟件了。mega2560剛剛接通電源時，RAMPS板子上的LED1（綠色）會閃幾下。這說明mega2560板子中的固件正在啟動。

1、通過上位機連接板子

如上圖，打開軟件，選擇正確的串口，設置正確的波特率（需要跟你固件中配置一致），點擊connect。如果連接正常，右側的提示區，會有類似下面的提示：

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

並且，左側的圖形操作區變為可以操作的顏色。勾上溫度曲線旁邊的watch選項，可以實時獲取溫度情況，如下圖。

2、查看溫度是否正確（只接5V即可）

如果上面的操作都正確，你可以看到現在兩個溫度傳感器的溫度，並且溫度應該為室溫，手捏在上面可以看到溫度的變化。如果你的溫度讀取到的為0度，請確保連接正確，依然有問題應檢查固件中的相關參數。

3、測試三個輸出端（需接12V）

接上12V電源，點擊下圖中標紅位置的按鈕，兩個設置溫度的按鈕，一個風扇按鈕（如果沒有風扇打開按鈕，可以在右側輸入M106 命令來實現）。如圖：

如果這時RAMPS1.4上亮起了三個紅色LED，那說明輸出端測試成功。

4、測試電機及驅動（需接12V）

連接步進電機的4跟線到X軸電機輸出端，如果你的電機導線顏色是標准顏色，可以用紅-藍-綠-黑的順序連接，如果你的線顏色不標准或沒有顏色區分，你需要通過電機說明書找到4跟線屬於哪一相及哪一極，然后安裝相B負-相B正-相A正-相A負的順序連接（還有其它接線方式，請了解一下步進電機的原理）。

4.1 xyz三軸電機測試

點擊上位機左側的手動操作區域，進行對xyz三軸的測試。如果只有一個電機測試完應該軸后，再插到另一個軸上。

測試流程：
先電機某個軸的加+方向操作，電機應該往正方向運轉； 再電機對應軸的負-方向操作，電機應該反轉； 重復幾次上面的操作。
需要注意的是，固件為了防止打印機撞車，小於最小位置和大於最大位置后電機就會停止運動。也就是說並不會一直加或減下去，電機都會轉。

4.2 擠出機電機測試

由於固件不允許溫度為達到最小擠出溫度（固件中的參數）時執行擠出動作。所以如果你連接了真正的擠出機，並且有物料在里面，請不要在溫度未達到230(abs)和185(pla)時進行擠出機測試。

測試方法：
1、將溫度加熱到物料對應的擠出溫度，PLA：185度，ABS：230度，再進行測試，電機Extrude為擠出動作，Reverse為后退動作。如果所需要的方向跟實際方向相反，直接把所有的4跟電機導線反向即可。

2、如果你沒有接擠出機，或擠出機中沒有物料，可以不需要進行加熱來測試。需要在右側命令輸入框中輸入M302來允許冷擠出操作。這樣就可以跟上面一樣進行Extrude和Reverse測試了。

5、限位開關測試

RAMPS1.4最多共支持6個限位開關，分別是X-min，X-max，Y-min，Y-max，Z-min，Z-max。其中至少需要用到3個來確定打印機的原點，可以是一個軸的min或max位置的限位（由固件中做配置）。限位開關根據不同的形式接線方式也不同，機械式的限位開關只需要連接兩個段子即可（負和信號），光電、霍爾式開關一般需要連接三個段子（正、負和信號）。
我這里測試用3個軸的min位置來做原點的配置方式。測試限位開關應該接在各軸的min位置上。然后電機測試軸的home按鍵，對應軸的電機應該開始轉動，然后按下對應軸的限位開關兩下（為了提高精度，碰到一次后返回幾毫米再碰到才是真正的原點），此時電機應該停止轉動。以上操作重復在其它軸上進行測試。

6、測試完成

如果上面的測試順利完成，說明你可以開始把所有的東西安裝在機構架子上了。需要注意各軸和各限位開關的對應關系。

五、測試修改並重新上傳固件
如果你的固件有問題，強烈建議你再過一遍固件配置部分。
比較容易出錯的地方是：限位開關的配置，每毫米脈沖數等。

六、切片軟件配置

切片軟件是生產打印機主控板可以識別的代碼（Gcode）的工具，沒有這個軟件的幫忙，打印機不能識別3d模型文件。這里暫時只介紹Slic3r這個切片軟件。簡單好用功能強大。

1、打開expert模式

Slic3r默認是簡單模式，但是我建議直接打開expert（專家）模式，從而能夠對打印機進行更好的控制。我這里以mac版本為例子，其它版本做相似操作。

如上圖設置后，重新啟動后就會進入專家模式。

2、print settings

打印配置，跟打印相關的配置會在這個欄目下。有些相同的打印機會對不同的模型打印時用不同的打印配置，從而實現各自最好的效果。

2.1 Layers and perimeters 層和邊緣配置

Layer height:為打印每層的層高度，0.4mm打印頭推薦層高0.3以下，層高越小，打印精度也高，同樣模型打印時間也就越長。 我設置的是0.3mm。
First layer height:第一層一般為了更好的粘在平台上，都會比其它層高要小一些，比如50%左右，我這里設置的是0.2mm。
Perimeters：是指每層的邊緣部位需要打印的圈數。默認為3層。無特殊需求保持默認即可。
Solid layers：底層和頂層各需要多少層進行完全填充，默認各3層就可以。
其它參數默認。

2.2 Infill 填充配置

Fill density:填充比例，最大1(100%)，最小0，越大理論強度越高，當然耗費的時間和物料也就越多。一般情況30%的填充率已經可以滿足大部分的打印需求了。
Fill pattern：填充時的圖案是什么樣的，可以保持默認，也可以找到自己喜歡的模式。 Infill every ? layers：每多少層進行填充，默認每層都進行填充。
其它配置可以默認。

2.3 Speed 打印速度配置

2.4 Skirt and brim 輪廓打印

Skirt：是指在正式打印之前，在模型周圍做一個輪廓打印的動作，來保障擠出機出絲正常，以及給你時間及時發現問題，比如平台不平，平台高度有問題，擠出頭等等。

七、開始打印
如果你順利完成了上述的所有步驟，你的打印機應該可以開始工作了。