基于計(jì)算模4的3D打印機(jī)功能強(qiáng)大、可靠且易于使用！

Formlabs 采用樹莓派計(jì)算模塊4為其最新款 3D 打印機(jī) Form 4 提供動(dòng)力，提升了其旗艦系列打印機(jī)的速度、質(zhì)量和成功率，為工業(yè)和商業(yè)客戶提供了一個(gè)可靠、高性能的解決方案。

Formlabs 是一家美國(guó)公司，專注于 3D 打印機(jī)以及相關(guān)軟件和材料的開發(fā)與制造。該公司成立于 2011 年，是首家能夠以實(shí)惠的價(jià)格打造出可實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)和專業(yè)級(jí)零部件質(zhì)量的 3D 打印機(jī)的企業(yè)。此后，F(xiàn)ormlabs 已成為全球最大的專業(yè)光固化立體成型（SLA）和選擇性激光燒結(jié)（SLS）3D 打印機(jī)供應(yīng)商。如今，F(xiàn)ormlabs 的產(chǎn)品服務(wù)于工程、制造、汽車、航空航天、醫(yī)療、教育、娛樂等眾多行業(yè)的專業(yè)人士。

面臨的挑戰(zhàn)

在啟動(dòng)最新旗艦 3D 打印機(jī) Form 4 的開發(fā)工作時(shí)，F(xiàn)ormlabs 團(tuán)隊(duì)意識(shí)到需要升級(jí)其已使用數(shù)年的系統(tǒng)級(jí)模塊（system-on-module）。這是為了滿足系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的運(yùn)算和外圍設(shè)備需求。

Formlabs 打印機(jī)在后臺(tái)運(yùn)行著各種應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的打印和良好的用戶體驗(yàn)。這些應(yīng)用程序負(fù)責(zé)電機(jī)移動(dòng)、樹脂固化、溫度調(diào)節(jié)、校準(zhǔn)應(yīng)用、異常檢測(cè)與響應(yīng)、關(guān)鍵事件記錄、有線/無(wú)線通信建立、安全維護(hù)等。要實(shí)現(xiàn)所有這些功能，以及 Formlabs 打算開發(fā)的新軟件功能，都需要更強(qiáng)的計(jì)算能力；此外，F(xiàn)orm 4 還需同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)高分辨率顯示屏和一個(gè)攝像頭。現(xiàn)有的 SOM 在中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和圖形處理能力方面均無(wú)法滿足需求。

當(dāng)時(shí)，F(xiàn)ormlabs 內(nèi)部出現(xiàn)了一種顯著的心態(tài)轉(zhuǎn)變，開始優(yōu)先考慮現(xiàn)成的解決方案。在此之前，SOM 都是內(nèi)部開發(fā)的。鑒于處理器行業(yè)發(fā)展迅速以及機(jī)會(huì)成本高昂，開發(fā)和維護(hù)定制 SOM 已不再經(jīng)濟(jì)劃算，尤其是隨著樹莓派計(jì)算模塊 4 等高性價(jià)比 SOM 的出現(xiàn)。

外形尺寸是另一個(gè)關(guān)鍵因素。理想的外形尺寸是帶有夾層連接器的模塊，以便實(shí)現(xiàn)板對(duì)板安裝到載板上。這樣可以提供干凈、可靠的高速連接，并可根據(jù) Formlabs 的應(yīng)用靈活定制載板。因此，單板計(jì)算機(jī)（single-board computers）被排除在外。

解決方案

經(jīng)過廣泛的部件搜索和評(píng)估，F(xiàn)ormlabs 得出結(jié)論，樹莓派計(jì)算模塊 4 最適合 Form 4，尤其是 CM4102000 型號(hào)（具備 Wi-Fi 功能、2GB RAM、無(wú)eMMC）。該模塊被插入 Formlabs 的主板中，作為產(chǎn)品的主要計(jì)算引擎，與面向?qū)崟r(shí)任務(wù)處理的 i.MX RT1050 微控制器協(xié)同工作。主板上放置了一個(gè) 32GB 的 eMMC，以便在更換模塊時(shí)仍能保留數(shù)據(jù)。在滿足軍事和政府客戶嚴(yán)格的安全需求時(shí)，能夠通過跳線禁用 Wi-Fi 以及切換到非無(wú)線版本的功能非常實(shí)用。

計(jì)算模塊 4 提供的高速外圍設(shè)備被分配到關(guān)鍵子系統(tǒng)：HDMI和MIPI-DSI負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)高分辨率LCD，GPU則專門用于無(wú)縫操作用于遮擋紫外線的“曝光 LCD”；移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口MIPI-CSI分配給一個(gè) 500 萬(wàn)像素的攝像頭，用于生成延時(shí)視頻；通用USB用于打印機(jī)與計(jì)算機(jī)或打印機(jī)與配件之間的通信，此時(shí)即插即用（on-the-go）功能非常有用；以太網(wǎng)和 Wi-Fi 則用于與 Formlabs 的桌面和網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用程序進(jìn)行交互。

該公司面臨的一個(gè)限制是 USB 接口只有一個(gè)——當(dāng)需要 OTG 功能時(shí)，添加集線器并非實(shí)用選擇。Formlabs 沒有從另一個(gè)外圍設(shè)備創(chuàng)建第二個(gè) USB，而是選擇開發(fā)一種與外圍設(shè)備無(wú)關(guān)的通信協(xié)議，并利用它來消除內(nèi)部 USB 的使用。此后，隨著配備兩個(gè)額外 USB 端口的樹莓派計(jì)算模塊 5 的推出，已無(wú)需此類協(xié)議，F(xiàn)ormlabs 認(rèn)為這對(duì)其自身和其他計(jì)算模塊用戶來說是一個(gè)“明顯的優(yōu)勢(shì)”。

為什么選擇樹莓派？

Formlabs知道樹莓派產(chǎn)品很受制造商的歡迎，并需要確保計(jì)算模塊4也適用于工業(yè)應(yīng)用。它的性能價(jià)格比無(wú)疑是同類最佳的，因此Formlabs轉(zhuǎn)向了其他問題:它是否易于開發(fā)、安全、長(zhǎng)期可靠、可規(guī)模化、可批量購(gòu)買？

最終，計(jì)算模塊4的性能不言自明。基于Yocto的Linux開發(fā)很順利，公開可用的樹莓派層大多是即插即用的。Formlabs可以通過計(jì)算模塊4實(shí)現(xiàn)的安全級(jí)別已經(jīng)足夠，并且該模塊的故障率在數(shù)萬(wàn)個(gè)已經(jīng)投入使用的Form 4單元中已經(jīng)證明非常低。供應(yīng)也從來不是問題，即使在全球硅短缺的情況下，這要?dú)w功于樹莓派努力保持生產(chǎn)線的運(yùn)行，以及兩家公司之間的密切合作，根據(jù)使用預(yù)測(cè)增加分配。

當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品被市場(chǎng)大規(guī)模證明時(shí)，很難否認(rèn)，樹莓派產(chǎn)品每年數(shù)百萬(wàn)的銷量證明了它們的多功能性、質(zhì)量和可靠性。這通常是比其他任何事情都更有力的證明，F(xiàn)ormlabs在決定推進(jìn)樹莓派時(shí)認(rèn)真對(duì)待了這一點(diǎn)。

3D打印機(jī)拆解視頻

成果

借助計(jì)算模塊 4，F(xiàn)ormlabs 節(jié)省了設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)定制 SOM 的時(shí)間和成本。認(rèn)證時(shí)間很短，與更換 SOM 相關(guān)的主板重新設(shè)計(jì)和軟件移植工作也進(jìn)展順利，這意味著 Formlabs 能夠?qū)⑦@些時(shí)間和資金投入到其他地方，以最大化用戶價(jià)值。

實(shí)施一款始終保持高質(zhì)量、文檔完善的設(shè)備也意味著在產(chǎn)品開發(fā)和發(fā)布后處理技術(shù)問題的時(shí)間很少。當(dāng)問題確實(shí)出現(xiàn)時(shí)，樹莓派的產(chǎn)品信息門戶（包含許多對(duì)工業(yè)客戶重要的審批說明和合規(guī)報(bào)告）和用戶論壇是很有幫助的資源。所有這些都有助于縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，進(jìn)而幫助 Formlabs 實(shí)現(xiàn)其上市時(shí)間目標(biāo)。

至于價(jià)格，采用計(jì)算模塊 4 比之前的 SOM 降低了約 30 美元的物料清單BOM成本。這一差異讓公司感到驚訝，因?yàn)樵瓉淼?SOM 是完全定制的、從芯片層面實(shí)現(xiàn)的，通常預(yù)期其 BOM 成本會(huì)更低。考慮到計(jì)算模塊 4 的卓越性能以及此類定制解決方案所需的大量前期投資，近年來采用現(xiàn)成OTS方案已成為不二之選。

計(jì)算模塊4也有助于改善用戶體驗(yàn)。Form 4的速度、打印質(zhì)量和打印成功率得到了積極的反饋。它的UI屏幕清晰而靈敏，它的攝像頭正在生成Formlabs用戶喜歡的迷人的延時(shí)視頻。用于與該公司專有的面向用戶的應(yīng)用程序(如PreForm或Dashboard)對(duì)話的各種連接通道也提供了便利。一些指標(biāo)表明，F(xiàn)orm 4是Formlabs迄今為止用戶滿意度最高的產(chǎn)品。其硬件和軟件設(shè)計(jì)的總體理念是創(chuàng)造類似智能手機(jī)的體驗(yàn)，而計(jì)算模塊4的處理能力、功能集和可靠性也在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中發(fā)揮了重要作用。

Formlabs毫不懷疑計(jì)算模塊4非常適合Form 4。在將計(jì)算模塊4集成到產(chǎn)品并推向市場(chǎng)的整個(gè)過程中，F(xiàn)ormlabs親眼見證了該模塊對(duì)工業(yè)/商業(yè)應(yīng)用的適用性。“與樹莓派合作也是一種愉快的經(jīng)歷，”該團(tuán)隊(duì)補(bǔ)充道。“我們很高興這次合作為用戶和兩家公司帶來了雙贏的局面。”