Организация дистанционного управления и мониторинга в лаборатории 3D-моделирования и печати на базе локальной сети

Полегаев И. И., Роенко А. О. Организация дистанционного управления и мониторинга в лаборатории 3D-моделирования и печати на базе локальной сети // Системный анализ в науке и образовании: сетевое научное издание. 2025. № 1. С. 130-136. EDN: MZUFXY. URL :

Статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0)

Современные технологии дистанционного управления и мониторинга находят широкое применение в различных областях науки, образования и производства. В условиях стремительного развития цифровых технологий и автоматизации процессов возрастает необходимость интеграции удаленного доступа к сложным техническим системам.

3 D -моделирование и аддитивные технологии становятся неотъемлемой частью учебного процесса и научных исследований. Однако эффективная организация работы в лабораториях, связанных с 3 D -печатью, требует не только физического присутствия специалистов, но и возможности удаленного контроля параметров печати, диагностики оборудования и управления процессом в режиме реального времени.

Развитие локальных сетей и интеграция облачных технологий позволяют создавать надежные системы удаленного управления, обеспечивающие высокую степень автоматизации и оперативный контроль за работой оборудования. Мониторинг и дистанционное управление печатью в лаборатории 3 D -моделирования и печати не только повысит эффективность использования ресурсов, но и способствует развитию новых форм взаимодействия между студентами и преподавателями [1].

В данной работе рассматриваются основные методы организации удаленного управления и мониторинга на базе локальной сети, анализируются существующие решения и перспективы их применения в образовательных учреждениях на примере лаборатории 3D-моделирования и печати ИСАУ государственного университета «Дубна».

• 1.    Постановка задачи

В университетах технической направленности есть лаборатории или специализированные учебные кабинеты, в которых студенты получают практические навыки работы с оборудованием. Одним из таких кабинетов в университете «Дубна» является лаборатория 3 D -моделирования и печати. Для реализации школьных и студенческих проектов кабинет оснащен 3 D -принтерами Wanhao Dublicator 4 с технологией FDM-печати. Данная технология позволяет печатать детали послойно из ABS , PLA и PETG пластика. К оборудованию предоставляется программное обеспечение – слайсер Replicator G , который необходим для конвертации 3 D -моделей из stl -формата в формат g-code или «геометрический код» для дальнейшей печати на принтере. В файле g-code прописаны команды, которые определяют положение экструдера в каждый момент времени в процессе печати модели. Также в качестве дополнительных слайсеров используется Maker Bot и Ultimaker Cura , имеющие более широкий функционал.

Вместе с тем работа на 3 D -принтере является достаточно трудозатратной по времени. Это связано с тем, что во время печати необходим непрерывный контроль оборудования и процесса. Компоненты могут перегреваться, нить прутка ломаться, а модель отклеиваться от стола с дальнейшим смещением по рабочей области, что приводит к некорректной работе оборудования в целом. И это только часть ошибок, которые могут возникать во время печати. Также стоит отметить, что длительное нахождение в непосредственной близости от разогретого пластика не является безопасным для здоровья. В связи с этим общее количество проектов и работ, которое можно было бы выполнять в лаборатории, сильно сокращается.

Для решения данной проблемы была поставлена задача – найти программный или аппаратный инструмент, который позволит контролировать процесс печати удаленно, вплоть до удаленной работы с функционалом слайсера и запуском модели на печать. Таким образом, всю задачу можно глобально подразделить на несколько этапов:

• 1.    подготовка материальной базы (проведение в кабинет локальной сети),

• 2.    установка необходимого ПО для конвертации моделей в g-code и тестовый запуск печати с ПК,

• 3.    установка камеры на корпус 3 D -принтера,

• 4.    поиск подходящего программного решения для мониторинга и удаленной работы c оборудованием,

• 5.    тестирование,

• 6.    финальный запуск и отладка.

• 2.    Подготовка оборудования и анализ существующих решений

Для реализации первого этапа, а именно для работы с базовыми функциями печати и возможности дальнейшего налаживания дистанционного управления и мониторинга в лабораторию была проведена локальная сеть [2]. Схема, иллюстрирующая функционирование локальной сети в лаборатории 3 D -принтеров, разработанная с использованием программного обеспечения Cisco Packet Tracer , приведена на рис. 1.

Рис. 1. Локальная сеть лаборатории 3D-принтеров

Вторым этапом была установка необходимого ПО для конвертации файлов в g-code и запуск печати с ПК. В качестве базового слайсера был выбран Replicator G . Был успешно проведен тестовый запуск печати через данное ПО и непосредственное подключение принтера к ПК. Результат настройки и тестовой печати приведен на рис. 2.

Рис. 2. Окно панели управления Replicator G и фото готовой модели.

Для дальнейшего тестирования ПО для удаленного доступа и управления процессом печати на корпус принтера была установлена веб-камера Microsoft . Фото с данной камеры будут приведены непосредственно в комбинации с различными программными продуктами.

На данный момент для дистанционного и управления и мониторинга 3 D -печатью существует несколько готовых решений. Все решения можно подразделить на программные ( OctoPrint , Repetier-Server , Fluidd / KlipperScreen и др.), аппаратные (Модули IoT – ESP 8266, ESP 32, Raspberry Pi , а также камеры наблюдения и пр.) и интеграцию с локальными сетями (Локальные серверы на базе Raspberry Pi /ПК). В данной работе мы рассмотрим несколько примеров, чтобы выбрать оптимальное решение для нашей задачи.

• 1.    OctoPrint – это программа-хост для 3 D -принтера с открытым исходным кодом [3]. Она позволяет запускать, приостанавливать или прерывать задания на 3 D -печать. OctoPrint имеет несколько вариантов работы: через запуск .exe файла, командную строку, а также через установку приложения на телефон.

• 2.    Следующее решение это Fluidd [4]. Fluidd – это настраиваемый веб-интерфейс с открытым исходным кодом. Он позволяет управлять прошивкой Klipper с различных устройств. Однако прошивка Klipper не поддерживает Wanhao Duplicator 4 с базовой прошивкой. Для использования Klipper потребуется замена или модификация электроники принтера.

• 3.    Удаленное управление через «Ассистент для Windows » [5]. Данная программа предназначена для удаленного доступа, управления и администрирования компьютерной техники и серверного оборудования. В связи с этим можно использовать ее функционал напрямую. Для этого необходимо на базовом экране ПК, к которому подключен 3 D -принтер, настроить два окна: окно вид из камеры на печать и окно управления печатью. Таким образом, происходит опосредованное управление процессом печати, а не напрямую. Вместе с тем, учитывая необходимость установки прошивок и/или замены электроники оборудования, на данный момент этот способ управления наиболее прост в использовании и не требует денежных и временных затрат. Также существуют и другие аналоги удаленного доступа к ПК: TeamViewer, AnyDesk , Techinline и др.

Стоит отметить, что OctoPrint не поддерживает Wanhao Duplicator 4 с заводской прошивкой из-за особенностей используемого протокола. Для обеспечения совместимости требуется установка плагина GPX , который эмулирует протокол g-code для принтеров на базе прошивки Sailfish , используемой в Duplicator 4. Тем не менее, было проведено тестирование данного решения с базовой прошивкой принтера. Результат установки приведен на рис. 3. Кадр получен с веб-камеры Microsoft .

Рис. 3. Скриншот экрана программы OctoPrint.

Пример реализации данной программы приведен на рис. 4.

Рис. 4. Скриншот экрана «Ассистент для Windows»

В табл. 1 приведен пример обработки различными программными продуктами наиболее часто встречаемых ошибок, которые возникают при печати на 3 D -принтере.

Табл. 1. Ошибки печати и способы обработки в разных ПО

Ошибки ПО	Деталь отклеилась от стола	Закончился пластик/ поломался пруток	Перегрев компонентов
OctoPrint	Платный плагин/ возможность выводить ошибки в Telegram Bot	Платный плагин/ возможность выводить ошибки в Telegram Bot	Платный плагин/ возможность выводить ошибки в Telegram Bot
Klipper	Платный плагин	Платный плагин	Платный плагин
Удаленный ассистент для Windows (и аналоги удаленного доступа)	Визуальный контроль через Web -камеру	Визуальный контроль через Web -камеру	Визуальный контроль параметров принтера через слайсер (с ПК)

В качестве аппаратных решений могут использоваться камеры наблюдения ( Webcam / IP -камеры) и Wi-Fi или Ethernet -модули. Однако данное решение только частично удовлетворяет поставленной задаче, поскольку Wanhao Duplicator 4 не оснащен встроенными сетевыми модулями. Для их использования потребуется модификация электроники принтера или использование внешних устройств, таких как Raspberry Pi , для обеспечения сетевого подключения.

Совместимость перечисленных ранее решений с данным принтером приведена в сводной табл. 2.

Табл. 2. Сравнение существующих решений для мониторинга и удаленного управления 3D-прин-тером Wanhao Dublicator 4 (базовая прошивка)

Решение	Совместимость с Wanhao Duplicator 4 (базовая прошивка)	Функции
Программные
OctoPrint	Частичная (требуется плагин GPX )	Веб-интерфейс, мониторинг, контроль температуры
Repetier-Server	Ограниченная	Управление несколькими принтерами, облачный доступ

AstroPrint	Частичная   (основана   на OctoPrint )	Облачное управление, мониторинг
Duet Web Control	Несовместимо	Требует контроллера Duet
Fluidd / KlipperScreen	Несовместимо	Требует прошивки Klipper
Ассистент для Windows	Совместимо	Управление через удаленный доступ
Аппаратные
Камеры наблюдения	Полностью совместимо	Визуальный контроль печати
Wi-Fi / Ethernet -модули	Требуется модификация	Подключение к сети
Модули    IoT   ( ESP 8266, ESP 32, Raspberry Pi )	Требуется настройка	Кастомизированные     решения управления
Автоматизированные    си стемы контроля	Требуется интеграция	Контроль температуры, движения, наличия пластика
Интеграция с локальными сетями
VPN и удаленный доступ	Ограниченная	Безопасное подключение к сети
Локальные серверы на базе Raspberry Pi /ПК	Требуется настройка	Управление несколькими принтерами

Стоит отметить, что данная модель принтера с базовой прошивкой имеет ограниченную совместимость с некоторыми решениями для дистанционного мониторинга и управления. И для интеграции более функциональных решений потребуется замена прошивки принтера, а также полная или частичная замена электроники.

Заключение

В результате проведенной работы был выбран наиболее эффективный способ решения поставленной задачи на данный момент без закупки дополнительного оборудования и смены прошивки принтера – ПО «Ассистент для Windows ». Однако данная программа имеет ограниченный функционал. Возможности данного ПО рассчитаны исключительно на визуальный мониторинг качества печати и удаленный запуск и управлением одним оборудованием.

Таким образом, в работе были выполнены следующие шаги:

• 1.    проведена локальная сеть в лабораторию 3 D -моделирования и печати,

• 2.    проведена установка и настройка необходимого программного обеспечения для конвертации файлов и непосредственного подключения слайсера к принтеру через ПК,

• 3.    проведен анализ существующих решений,

• 4.    проведено тестирование существующих решений в рамках поставленной задачи,

• 5.    выбрано оптимальное решение на данный момент (без замены базовой прошивки и электроники).

В дальнейшем планируется продолжать работу в данном направлении и подобрать решение, которое не только позволило бы мониторить и управлять процессом печати одного 3 D -принтера, но и переключаться между параллельными процессами печати на разных принтерах, ставить печать в очередь, оповещать об ошибках и окончании печати. В связи с этим в дальнейшем для обеспечения дистанционного мониторинга и управления Wanhao Duplicator 4 с базовой прошивкой планируется установка специализированных плагинов, обновление прошивки и/или модификация электроники принтера.