3D Printer Farm Management System

Abstract

Sommeren 2021 utviklet studenter ved NTNU Ålesund en prototype for et styringssystem for printerfarmen ved MANULAB Ålesund. Høsten samme år rekrutterte fakultetet fra Institutt for Havromsoperasjoner og Byggteknikk (IHB) ved NTNU Ålesund studentassistenter fra informatikkprogrammet for å fortsette utviklingen av dette prosjektet. Intensjonen var å utvide funksjonaliteten til prototypen, og re-implementere den som en webapplikasjon.

Undersøkelse utført av studentene fant at den eksisterende prototypen, selv om den var en god proof-of-concept, ville kreve omfattende redesign for å oppfylle kravene fastsatt av IHB. Siden dette arbeidet var mer enn studentene hadde kapasitet til ved siden av sine vanlige studier, foreslo en av de involverte studentene at de kunne ta på seg prosjektet som bacheloroppgave i vårsemesteret 2022. Instituttet sluttet seg til dette forslaget, og oppfordret studenten å jobbe videre med prosjektet gjennom høstsemesteret 2021, som en form for planleggings- og designfase for prosjektet. Studenten rekrutterte en kollega fra studiet sitt, og sendte inn søknad om å få prosjektet godkjent av sine veiledere.

Arbeidet med dette prosjektet startet for fullt i januar 2022. Etter enighet mellom instituttfakultetet og studentteamet ble det lagt inn et ekstra kravmål til prosjektet; design og implementering av en serverløsning som kunne brukes til både printerfarmsstyringssystemet som skulle utvikles, samt være et fundament for fremtidige programvare- og Internet of Things (IoT)-prosjekter ved MANULAB Ålesund.

Resultatet av dette prosjektet er designet for og prototypen av en serverinfrastruktur som består av en klynge ARM-arkitektur enkeltbordsdatamaskiner, som muliggjør både horisontal skalerbarhet og høy tilgjengelighet for de containeriserte tjenestene den er vert for. En prototype av styringssystemet som ble utviklet for 3D-printerfarmen kjører på denne serveren som et containerisert nettapp-frontend og backend-system, begge implementert i TypeScript. Bakenden kobler 3D-printere til nettappens frontend, noe som muliggjør opplasting av 3D-modeller for utskrift og overvåking av statusen til skriverne. Frontend og backend kommuniserer gjennom REST API og bruker Websocket-protokoll for overføring av sanntidsdata fra printerene.

In the summer of 2021, students at NTNU Ålesund developed a prototype for a management system for the printer farm at MANULAB Ålesund. In fall of that year, the faculty of the Department of Ocean Operations and Civil Engineering (DOOCE) at NTNU Ålesund recruited student assistants from the computer science program to continue development of this project. The intention was to expand the functionality of the prototype, and re-implement it as a web application.

Examination by the students found that the existing prototype, while a good proof-of-concept, would require an extensive redesign to fulfill the requirements laid out by the DOOCE. As the work involved in this endeavour would be more than the students had capacity for alongside their regular studies, one of the students involved suggested that they could take on the project as their bachelors thesis in the spring semester of 2022. The department agreed to this suggestion, and recommended that the student continue working on the project through the fall semester of 2021, as a form of planning and design phase for the project. The student recruited a colleague from their study program, and submitted an application to have the project approved by their supervisors.

Work on this project started in full in January of 2022. At the agreement of both the department faculty and the student team, an additional requirement goal was added to the project; the design and implementation of a server solution that could be used for both the farm management system being developed, as well as being a foundation for future software and Internet of Things (IoT) projects at MANULAB Ålesund.

The result of this project is the design and prototype of a server infrastructure consisting of clustered ARM architecture single-board computers, which provides both horizontal scalability and high-availability of the containerized services it hosts. A prototype of the 3D printer farm administration system is hosted on this server as a containerized web app front end and back end system, both implemented in TypeScript. The back end connects 3D printers to the web app front end, allowing for uploading of 3D models for printing and supervision of the status of the printers.The front end and back end systems communicate using REST API's and uses the WebSocket protocol to transmit real time data from the printers.