Naukowcy zmniejszają struktury wsparcia dla modeli poprzez wielokierunkowe drukowanie 3D

Zespół naukowców z Uniwersytetu Tsinghua, TU Delft i Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu opracował dwa typy wielokierunkowych systemów druku 3D: jeden zmodyfikowany ze standardowej drukarki 3D FDM z dodatkowym stopniem rotacji -freedom (DOF), a drugi zaimplementowany na przemysłowym ramieniu robota symulującym stół przechylny dla dwóch obrotowych bramek DOF. Przedstawili swoją pracę w artykule zatytułowanym "Ogólne wsparcie - efektywny rozkład na wielokierunkowe drukowanie 3D".

Streszczenie brzmi: "Prezentujemy metodę wytwarzania ogólnych modeli za pomocą wielokierunkowych systemów druku 3D, w którym różne obszary modelu są drukowane wzdłuż różnych kierunków. Rdzeniem naszej metody jest wspierający efektywny algorytm dekompozycji woluminu, który ma na celu zminimalizowanie wykorzystania struktur wsparcia dla regionów o dużym zwisie. Optymalny rozkład objętości reprezentowany przez sekwencję płaszczyzn przycinania jest określany przez algorytm przeszukiwania sterowany wiązką zgodnie z ograniczeniami produkcyjnymi. W odróżnieniu od istniejących podejść, które wymagają ręcznego składania komponentów drukowanych 3D do ostatecznego modelu, regiony rozkładane przez nasz algorytm mogą być automatycznie wytwarzane w sposób bezkolizyjny w wielokierunkowym systemie druku 3D. Nasze podejście jest ogólne i można je zastosować do modeli z pętlami i uchwytami. W przypadku modeli, które nie mogą całkowicie wyeliminować obsługi dużego zwisu, opracowano algorytm do generowania specjalnych konstrukcji wspierających dla wielokierunkowego druku 3D. Opracowaliśmy dwa różne systemy sprzętowe, aby fizycznie zweryfikować skuteczność naszej metody: system oparty na układzie kartezjańskim i system oparty na ruchu kątowym. Z powodzeniem wykonano różne modele 3D w tych systemach. "

Naukowcy chcieli stworzyć system druku 3D, który byłby w stanie" dodać ruch obrotowy do procesu akumulacji materiału ", aby zapewnić mniejszą liczbę podpór, Jeśli w ogóle. Aby to zrobić, stworzyli ogólny algorytm dekompozycji objętości, który "można ogólnie zastosować do modeli o różnych kształtach i topologii."

"Co więcej, opracowano algorytm generowania wsparcia dla wielokierunkowego drukowania 3D," naukowcy wyjaśnili. "Opracowane tutaj techniki mogą przyspieszyć produkcję wydrukowanych trójwymiarowych modeli 3D poprzez oszczędność czasu na tworzenie i usuwanie podpór."

Praca zespołu badawczego wniosła kilka technicznych wkładów, w tym ichAlgorytm wspierający efektywność oparty na wyszukiwaniu sterowanym wiązką i może być zastosowany do modeli 3D z uchwytami i pętlami. Ponadto podsumowali kryteria dekompozycji za pomocą wielokierunkowego procesu drukowania 3D i stworzyli "metodę opartą na projekcji regionu" do generowania podpór do wielokierunkowego druku 3D

Jednak przy zmianie z jednego są pewne wady Kierunek drukowania 3D na inny, taki jak spowolnienie procesu, dlatego naukowcy "preferują rozwiązanie z mniejszą liczbą elementów, które można osiągnąć, biorąc pod uwagę następujące kryterium obcinania."

"Po ograniczając ograniczenie bezobsługowe w minimalizowaniu obszaru ryzykownych twarzy, jak opisano w JG, schemat generowania wsparcia jest niezwykle istotny, podczas gdy należy zagwarantować zarówno wykonalność, jak i niezawodność "- napisali naukowcy. "Aby poradzić sobie z tym problemem, proponujemy nowy wzorzec zwany rzutowanymi wspornikami, który zapewnia wytwarzanie pozostałych zwisających obszarów dzięki bezkolizyjnemu, wielokierunkowemu drukowi 3D."

Zespół zastosował swój algorytm do kilku modeli, i byli w stanie zmniejszyć, a nawet wyeliminować w niektórych przypadkach potrzebę istnienia struktur wsparcia. Co więcej, ich "wydajność obliczeniowa" była porównywalna z ogólnym czasem drukowania 3D.

"Prezentujemy strukturę dekompozycji woluminu do efektywnego pod względem wsparcia tworzenia modeli ogólnych za pomocą wielokierunkowego druku 3D" - podsumowali naukowcy. . "W naszym podejściu prowadzimy wyszukiwanie oparte na wiązkach, aby uniknąć lokalnego optimum podczas obliczania rozkładu. W odróżnieniu od wcześniejszej pracy opartej na strukturze szkieletowej, nasze podejście jest ogólne i może obsługiwać modele z wieloma pętlami i uchwytami. Ponadto w naszym systemie opracowano schemat generowania wsparcia, aby umożliwić wykonanie wszystkich modeli. Ograniczenia produkcyjne, takie jak liczba osi obrotowych, można włączyć podczas procesu próbkowania orientacji. W rezultacie nasz algorytm obsługuje zarówno systemy 4DOF, jak i 5DOF. Różne modele zostały przetestowane na naszym podejściu jako przykłady. Przygotowano konfiguracje Hareware do eksperymentów fizycznych w celu weryfikacji skuteczności naszego systemu. "

Współautorami artykułu są Chenming Wu, Chengkai Dai, Guoxin Fang, Yong-Jin Liu i Charlie C.L. Wang.