Исследователи из Юго-восточного университета Луизианы продемонстрировали шестиосевой роботизированный подход FFF, использующий неплоскую нарезку и пятиосевые траектории для печати деталей без поддерживающих элементов.
Неплоская, многоосевая FFF-печать
Технология FFF всегда требовала плоскостной нарезки и одноосевого перемещения, что, хотя и работает, оставляет некрасивые ступенчатые артефакты на изогнутых поверхностях. FFF также не особенно эффективна при печати сложных геометрических форм, поскольку кривые преобразуются в печатаемые слои. Многоосевое осаждение и неплоские траектории движения инструмента должны уменьшить количество опор, улучшить качество поверхности и выровнять ориентацию экструзии с локальной геометрией для получения гораздо более прочных деталей.
Хотя промышленная робототехника уже позволяет осуществлять крупноформатную многоосевую экструзию полимеров, коммерческое непланарное планирование траектории для настольных FFF-принтеров остается довольно редким явлением. Большинство пользователей по-прежнему экспортируют 2D-слои из таких программ-слайсеров, как OrcaSlicer или PrusaSlicer. Данное исследование заполняет этот пробел, предлагая роботизированную систему аддитивного производства (RAMS) исследовательского класса, которая может печатать сложные геометрические формы без использования опорных конструкций.
Внутри роботизированного рабочего процесса
Исследовательская группа интегрировала шестистепенной манипулятор UFACTORY xArm 850 с концевым захватом экструзионной головки и нагреваемой рабочей платформой, а затем сгенерировала траектории движения инструмента, используя собственный алгоритм неплоской нарезки, разработанный в Rhinoceros и Grasshopper.
Вместо послойного нанесения рисунка, рабочий процесс создает последовательности действий робота, которые задают начало и конец экструзии, изменяют высоту слоя и управляют ориентацией сопла относительно поверхности. GCODE экспортируется в текстовом формате и выполняется в xArm Studio, где каждую последовательность можно предварительно просмотреть.
Синхронизация экструзии осуществляется с помощью отдельного скрипта на Python, работающего через GPIO, что позволяет отделить движение робота от потока филамента. Для сравнения, та же конфигурация детали также нарезается в Cura с использованием стандартных планарных параметров для сравнения времени построения, необходимого количества поддерживающего материала и качества поверхности. Для определения отклонений в размерах используется 3D-сканирование с помощью структурированного света, а для измерения шероховатости поверхности — цифровая микроскопия, позволяющая оценить различия между планарными и непланарными отпечатками.
Система RAMS использует дополнительные оси для поддержания касательной к существующей кривизне сопла, устранения локальных нависаний путем переориентации инструмента и уменьшения видимых ступенек, которые были бы заметны при печати плоских слоев. Сообщается об успешном подтверждении концепции с помощью трех осей, а также о первых демонстрациях с использованием четырех и пяти осей, которые обеспечивают стабильность стенок, с незначительными артефактами, связанными с калибровкой потока, согласованием скорости и охлаждением — что и ожидается при новом рабочем процессе.
Предварительные результаты и открытые вопросы
Предварительные результаты исследования показывают снижение расхода вспомогательного материала, сокращение времени построения и улучшение внешнего вида поверхности криволинейных элементов по сравнению с плоскостной нарезкой, что вполне логично. Однако в статье не приводятся данные о сэкономленном времени, предотвращенном расходе граммов или ряде других улучшений. Также не указаны производительность, объем построения, толщина слоя, класс материала и скорость печати, что затрудняет сравнение с передовыми плоскостными FFF-системами от таких производителей, как Bambu или Prusa Research.
Текущий рабочий процесс намеренно выполняется вручную, чтобы сохранить контроль над движениями робота и избежать столкновений, но это, безусловно, увеличивает усилия оператора. Автоматизированная проверка на столкновения, анализ достижимости и замкнутая система датчиков, очевидно, будут необходимы, если эта концепция когда-либо дойдет до производственного применения. Синхронизация экструзии с помощью GPIO «приемлема» для исследовательских целей, но интегрированный контроллер, безусловно, был бы лучше.
Если эта концепция получит развитие, то операторам, стремящимся к гладким поверхностям, не требующим постобработки, к использованию специальных материалов с чувствительными к ориентации свойствами, а также к производству в космосе, где отходы от поддерживающих конструкций неприемлемы, потребуется более совершенная программная упаковка — например, программа для нарезки моделей, генерирующая GCODE с учетом особенностей робота и встроенной системой предотвращения столкновений, — а также библиотека проверенных стратегий перемещения для распространенных неплоских сценариев.
Это, по-видимому, неплохой шаг на пути к рутинному применению конформной FFF-флюидики, но, поскольку это пока находится на исследовательском уровне, предстоит еще много работы.
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.