基于計算模4的3D打印機功能強大、可靠且易于使用！

Formlabs 采用樹莓派計算模塊4為其最新款 3D 打印機 Form 4 提供動力，提升了其旗艦系列打印機的速度、質量和成功率，為工業和商業客戶提供了一個可靠、高性能的解決方案。

Formlabs 是一家美國公司，專注于 3D 打印機以及相關軟件和材料的開發與制造。該公司成立于 2011 年，是首家能夠以實惠的價格打造出可實現工業級和專業級零部件質量的 3D 打印機的企業。此后，Formlabs 已成為全球最大的專業光固化立體成型（SLA）和選擇性激光燒結（SLS）3D 打印機供應商。如今，Formlabs 的產品服務于工程、制造、汽車、航空航天、醫療、教育、娛樂等眾多行業的專業人士。

面臨的挑戰

在啟動最新旗艦 3D 打印機 Form 4 的開發工作時，Formlabs 團隊意識到需要升級其已使用數年的系統級模塊（system-on-module）。這是為了滿足系統日益增長的運算和外圍設備需求。

Formlabs 打印機在后臺運行著各種應用程序，以實現快速、準確的打印和良好的用戶體驗。這些應用程序負責電機移動、樹脂固化、溫度調節、校準應用、異常檢測與響應、關鍵事件記錄、有線/無線通信建立、安全維護等。要實現所有這些功能，以及 Formlabs 打算開發的新軟件功能，都需要更強的計算能力；此外，Form 4 還需同時驅動兩個高分辨率顯示屏和一個攝像頭。現有的 SOM 在中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和圖形處理能力方面均無法滿足需求。

當時，Formlabs 內部出現了一種顯著的心態轉變，開始優先考慮現成的解決方案。在此之前，SOM 都是內部開發的。鑒于處理器行業發展迅速以及機會成本高昂，開發和維護定制 SOM 已不再經濟劃算，尤其是隨著樹莓派計算模塊 4 等高性價比 SOM 的出現。

外形尺寸是另一個關鍵因素。理想的外形尺寸是帶有夾層連接器的模塊，以便實現板對板安裝到載板上。這樣可以提供干凈、可靠的高速連接，并可根據 Formlabs 的應用靈活定制載板。因此，單板計算機（single-board computers）被排除在外。

解決方案

經過廣泛的部件搜索和評估，Formlabs 得出結論，樹莓派計算模塊 4 最適合 Form 4，尤其是 CM4102000 型號（具備 Wi-Fi 功能、2GB RAM、無eMMC）。該模塊被插入 Formlabs 的主板中，作為產品的主要計算引擎，與面向實時任務處理的 i.MX RT1050 微控制器協同工作。主板上放置了一個 32GB 的 eMMC，以便在更換模塊時仍能保留數據。在滿足軍事和政府客戶嚴格的安全需求時，能夠通過跳線禁用 Wi-Fi 以及切換到非無線版本的功能非常實用。

計算模塊 4 提供的高速外圍設備被分配到關鍵子系統：HDMI和MIPI-DSI負責驅動兩個高分辨率LCD，GPU則專門用于無縫操作用于遮擋紫外線的“曝光 LCD”；移動產業處理器接口MIPI-CSI分配給一個 500 萬像素的攝像頭，用于生成延時視頻；通用USB用于打印機與計算機或打印機與配件之間的通信，此時即插即用（on-the-go）功能非常有用；以太網和 Wi-Fi 則用于與 Formlabs 的桌面和網頁應用程序進行交互。

該公司面臨的一個限制是 USB 接口只有一個——當需要 OTG 功能時，添加集線器并非實用選擇。Formlabs 沒有從另一個外圍設備創建第二個 USB，而是選擇開發一種與外圍設備無關的通信協議，并利用它來消除內部 USB 的使用。此后，隨著配備兩個額外 USB 端口的樹莓派計算模塊 5 的推出，已無需此類協議，Formlabs 認為這對其自身和其他計算模塊用戶來說是一個“明顯的優勢”。

為什么選擇樹莓派？

Formlabs知道樹莓派產品很受制造商的歡迎，并需要確保計算模塊4也適用于工業應用。它的性能價格比無疑是同類最佳的，因此Formlabs轉向了其他問題:它是否易于開發、安全、長期可靠、可規模化、可批量購買？

最終，計算模塊4的性能不言自明。基于Yocto的Linux開發很順利，公開可用的樹莓派層大多是即插即用的。Formlabs可以通過計算模塊4實現的安全級別已經足夠，并且該模塊的故障率在數萬個已經投入使用的Form 4單元中已經證明非常低。供應也從來不是問題，即使在全球硅短缺的情況下，這要歸功于樹莓派努力保持生產線的運行，以及兩家公司之間的密切合作，根據使用預測增加分配。

當一個產品被市場大規模證明時，很難否認，樹莓派產品每年數百萬的銷量證明了它們的多功能性、質量和可靠性。這通常是比其他任何事情都更有力的證明，Formlabs在決定推進樹莓派時認真對待了這一點。

3D打印機拆解視頻

成果

借助計算模塊 4，Formlabs 節省了設計、調試和維護定制 SOM 的時間和成本。認證時間很短，與更換 SOM 相關的主板重新設計和軟件移植工作也進展順利，這意味著 Formlabs 能夠將這些時間和資金投入到其他地方，以最大化用戶價值。

實施一款始終保持高質量、文檔完善的設備也意味著在產品開發和發布后處理技術問題的時間很少。當問題確實出現時，樹莓派的產品信息門戶（包含許多對工業客戶重要的審批說明和合規報告）和用戶論壇是很有幫助的資源。所有這些都有助于縮短產品開發時間，進而幫助 Formlabs 實現其上市時間目標。

至于價格，采用計算模塊 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，因為原來的 SOM 是完全定制的、從芯片層面實現的，通常預期其 BOM 成本會更低。考慮到計算模塊 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，近年來采用現成OTS方案已成為不二之選。

計算模塊4也有助于改善用戶體驗。Form 4的速度、打印質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視頻。用于與該公司專有的面向用戶的應用程序(如PreForm或Dashboard)對話的各種連接通道也提供了便利。一些指標表明，Form 4是Formlabs迄今為止用戶滿意度最高的產品。其硬件和軟件設計的總體理念是創造類似智能手機的體驗，而計算模塊4的處理能力、功能集和可靠性也在實現這一目標的過程中發揮了重要作用。

Formlabs毫不懷疑計算模塊4非常適合Form 4。在將計算模塊4集成到產品并推向市場的整個過程中，Formlabs親眼見證了該模塊對工業/商業應用的適用性。“與樹莓派合作也是一種愉快的經歷，”該團隊補充道。“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。”