基于树莓派的工业级 3D 打印机！

基于计算模4的3D打印机功能强大、可靠且易于使用！

Formlabs 采用树莓派计算模块4为其最新款 3D 打印机 Form 4 提供动力，提升了其旗舰系列打印机的速度、质量和成功率，为工业和商业客户提供了一个可靠、高性能的解决方案。

Formlabs 是一家美国公司，专注于 3D 打印机以及相关软件和材料的开发与制造。该公司成立于 2011 年，是首家能够以实惠的价格打造出可实现工业级和专业级零部件质量的 3D 打印机的企业。此后，Formlabs 已成为全球最大的专业光固化立体成型（SLA）和选择性激光烧结（SLS）3D 打印机供应商。如今，Formlabs 的产品服务于工程、制造、汽车、航空航天、医疗、教育、娱乐等众多行业的专业人士。

面临的挑战

在启动最新旗舰 3D 打印机 Form 4 的开发工作时，Formlabs 团队意识到需要升级其已使用数年的系统级模块（system-on-module）。这是为了满足系统日益增长的运算和外围设备需求。

Formlabs 打印机在后台运行着各种应用程序，以实现快速、准确的打印和良好的用户体验。这些应用程序负责电机移动、树脂固化、温度调节、校准应用、异常检测与响应、关键事件记录、有线/无线通信建立、安全维护等。要实现所有这些功能，以及 Formlabs 打算开发的新软件功能，都需要更强的计算能力；此外，Form 4 还需同时驱动两个高分辨率显示屏和一个摄像头。现有的 SOM 在中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和图形处理能力方面均无法满足需求。

当时，Formlabs 内部出现了一种显著的心态转变，开始优先考虑现成的解决方案。在此之前，SOM 都是内部开发的。鉴于处理器行业发展迅速以及机会成本高昂，开发和维护定制 SOM 已不再经济划算，尤其是随着树莓派计算模块 4 等高性价比 SOM 的出现。

外形尺寸是另一个关键因素。理想的外形尺寸是带有夹层连接器的模块，以便实现板对板安装到载板上。这样可以提供干净、可靠的高速连接，并可根据 Formlabs 的应用灵活定制载板。因此，单板计算机（single-board computers）被排除在外。

解决方案

经过广泛的部件搜索和评估，Formlabs 得出结论，树莓派计算模块 4 最适合 Form 4，尤其是 CM4102000 型号（具备 Wi-Fi 功能、2GB RAM、无eMMC）。该模块被插入 Formlabs 的主板中，作为产品的主要计算引擎，与面向实时任务处理的 i.MX RT1050 微控制器协同工作。主板上放置了一个 32GB 的 eMMC，以便在更换模块时仍能保留数据。在满足军事和政府客户严格的安全需求时，能够通过跳线禁用 Wi-Fi 以及切换到非无线版本的功能非常实用。

计算模块 4 提供的高速外围设备被分配到关键子系统：HDMI和MIPI-DSI负责驱动两个高分辨率LCD，GPU则专门用于无缝操作用于遮挡紫外线的“曝光 LCD”；移动产业处理器接口MIPI-CSI分配给一个 500 万像素的摄像头，用于生成延时视频；通用USB用于打印机与计算机或打印机与配件之间的通信，此时即插即用（on-the-go）功能非常有用；以太网和 Wi-Fi 则用于与 Formlabs 的桌面和网页应用程序进行交互。

该公司面临的一个限制是 USB 接口只有一个——当需要 OTG 功能时，添加集线器并非实用选择。Formlabs 没有从另一个外围设备创建第二个 USB，而是选择开发一种与外围设备无关的通信协议，并利用它来消除内部 USB 的使用。此后，随着配备两个额外 USB 端口的树莓派计算模块 5 的推出，已无需此类协议，Formlabs 认为这对其自身和其他计算模块用户来说是一个“明显的优势”。

为什么选择树莓派？

Formlabs知道树莓派产品很受制造商的欢迎，并需要确保计算模块4也适用于工业应用。它的性能价格比无疑是同类最佳的，因此Formlabs转向了其他问题:它是否易于开发、安全、长期可靠、可规模化、可批量购买？

最终，计算模块4的性能不言自明。基于Yocto的Linux开发很顺利，公开可用的树莓派层大多是即插即用的。Formlabs可以通过计算模块4实现的安全级别已经足够，并且该模块的故障率在数万个已经投入使用的Form 4单元中已经证明非常低。供应也从来不是问题，即使在全球硅短缺的情况下，这要归功于树莓派努力保持生产线的运行，以及两家公司之间的密切合作，根据使用预测增加分配。

当一个产品被市场大规模证明时，很难否认，树莓派产品每年数百万的销量证明了它们的多功能性、质量和可靠性。这通常是比其他任何事情都更有力的证明，Formlabs在决定推进树莓派时认真对待了这一点。

3D打印机拆解视频

成果

借助计算模块 4，Formlabs 节省了设计、调试和维护定制 SOM 的时间和成本。认证时间很短，与更换 SOM 相关的主板重新设计和软件移植工作也进展顺利，这意味着 Formlabs 能够将这些时间和资金投入到其他地方，以最大化用户价值。

实施一款始终保持高质量、文档完善的设备也意味着在产品开发和发布后处理技术问题的时间很少。当问题确实出现时，树莓派的产品信息门户（包含许多对工业客户重要的审批说明和合规报告）和用户论坛是很有帮助的资源。所有这些都有助于缩短产品开发时间，进而帮助 Formlabs 实现其上市时间目标。

至于价格，采用计算模块 4 比之前的 SOM 降低了约 30 美元的物料清单BOM成本。这一差异让公司感到惊讶，因为原来的 SOM 是完全定制的、从芯片层面实现的，通常预期其 BOM 成本会更低。考虑到计算模块 4 的卓越性能以及此类定制解决方案所需的大量前期投资，近年来采用现成OTS方案已成为不二之选。

计算模块4也有助于改善用户体验。Form 4的速度、打印质量和打印成功率得到了积极的反馈。它的UI屏幕清晰而灵敏，它的摄像头正在生成Formlabs用户喜欢的迷人的延时视频。用于与该公司专有的面向用户的应用程序(如PreForm或Dashboard)对话的各种连接通道也提供了便利。一些指标表明，Form 4是Formlabs迄今为止用户满意度最高的产品。其硬件和软件设计的总体理念是创造类似智能手机的体验，而计算模块4的处理能力、功能集和可靠性也在实现这一目标的过程中发挥了重要作用。

Formlabs毫不怀疑计算模块4非常适合Form 4。在将计算模块4集成到产品并推向市场的整个过程中，Formlabs亲眼见证了该模块对工业/商业应用的适用性。“与树莓派合作也是一种愉快的经历，”该团队补充道。“我们很高兴这次合作为用户和两家公司带来了双赢的局面。”