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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】近日，美國密歇根大學(xué)開發(fā)了一種3D打印軟補償算法，可以在3D打印設(shè)備振動發(fā)生之前預(yù)測并緩解振動。這種稱為“FBS振動補償”的技術(shù)使用打印機行為模型來調(diào)整其運動，以避免或減少由振動引起的誤差。
緩解3D打印設(shè)備振動問題 美研發(fā)減振算法
3D打印機是一臺很便利的設(shè)備，當(dāng)打印頭沿X、Y和Z軸拉動時，拉鏈不能拉得太快，否則振動會導(dǎo)致打印質(zhì)量下降。消費者和小型企業(yè)使用的更小、更輕的打印機尤其如此。電機近些年來變得越來越快，但是在機器開始“跳過計數(shù)”之前，電機的速度才會變得很快，從而導(dǎo)致圖層配準(zhǔn)錯誤。這多可能導(dǎo)致打印品表面呈現(xiàn)波浪形，壞的情況是造成打印錯誤。
那么，機械上可以做些什么來減少振動是有限度的。機械修復(fù)涉及增加材料以增加剛度或減震。但是，這種附加材料增加了打印機的重量和成本?？梢詭椭蛴「操|(zhì)、更高質(zhì)量的零件，但也增加了成本。減震的添加通常會增加摩擦，這會導(dǎo)致精度問題并增加磨損。
振動的解決方案可能不在于硬件，而在于軟件。“Look ahead”算法預(yù)測打印機即將發(fā)生的情況并改變其操作。
密歇根大學(xué)機械工程學(xué)副教授Chinedum Okwudire和博士候選人Molong Duan和Deokkyun Yoon開發(fā)了一種軟件補償算法，可以在振動發(fā)生之前預(yù)測并緩解振動。這種稱為“FBS振動補償”的技術(shù)使用打印機行為模型來調(diào)整其運動，以避免或減少由振動引起的誤差。
把它想象成駕駛：一個好的司機不僅要注意車前的情況，還要注意道路上出現(xiàn)的情況，改變操作和速度以避免不必要的制動。U-M的智能和可持續(xù)自動化研究實驗室負(fù)責(zé)人Okwudire表示，該算法可以應(yīng)用于幾乎所有的3D打印機。
他說：“對于所有使用相同固件的打印機來說，算法幾乎是一樣的。但是，算法使用的動態(tài)模型必須針對每種打印機型號進行定制。例如，Lulzbot Taz 6將會有一個，而Lulzbot Mini將會有另外一個。我們的FBS算法的美妙之處在于它迄今為止在我們的實驗中表現(xiàn)出的穩(wěn)健性。”
雖然該算法對于小型輕量級打印機可能是有幫助的，但是對于工業(yè)打印機，甚至其他機器，如數(shù)控機床、激光雕刻機和機器人來說，操作中任何地方的振動都有重要意義。幾個打印機制造商已經(jīng)向研究組發(fā)送了請求，他們要求在他們的打印機上測試算法。
Okwudire在接受采訪時表示：“振動問題的好處(也是壞處)是對于他們來說有一個非常簡單明顯的處理方法，那就是放慢速度。這就是為什么許多人認(rèn)為振動問題在實踐中不是非常重要的原因。當(dāng)然，問題在于減速是以速度為代價的。我們已經(jīng)表明，在振動方面，不需要在速度和準(zhǔn)確性之間進行這種艱難的折中。”
到目前為止，該團隊已經(jīng)在HICTOP Prusa i3上實現(xiàn)了5 g(50,000 mm / s ^ 2)的加速度，而在沒有皮帶張緊器的低成本桌面打印機上達(dá)到了5 g。
Okwudire說：“我們也注意到使用我們的算法產(chǎn)生的速度(進給率)的好處。到目前為止，我們已經(jīng)測試了Lulzbot Taz 6和HICTOP Prusa i3的兩倍更高的進給率，但是我們還沒有達(dá)到極限。我們懷疑在某些打印機或打印作業(yè)上，我們可以看到更高的打印速度。我們還處于發(fā)現(xiàn)階段，這很令人興奮。”
振動補償算法在實踐中必須合理穩(wěn)健。該研究的數(shù)據(jù)顯示，該算法具有不尋常的多功能性，可以使其在不確定性下運行良好。但是，算法的一部分仍然是一個謎，團隊將繼續(xù)研究它，以更好地理解它背后的性能。
Okwudire指出：“我們看到很多通過軟件提高3D打印機的速度、精度、可靠性和功能的機會。這是3D打印世界的一個非常原始的領(lǐng)域。我們的目標(biāo)是消除反復(fù)試驗。我們需要一臺打印機，它具有自我優(yōu)化其行為，以獲得高品質(zhì)的打印而不犧牲速度。這只是我們朝這個方向邁出的步。”
(原標(biāo)題：密歇根大學(xué)開發(fā)出提高3D打印速度的減振算法技術(shù))
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