缓解3D打印设备振动问题 美研发减振算法

2018-11-08 09:39发布

  【中国智能制造网 技术前沿】近日,美国密歇根大学开发了一种3D打印软补偿算法,可以在3D打印设备振动发生之前预测并缓解振动。这种称为“FBS振动补偿”的技术使用打印机行为模型来调整其运动,以避免或减少由振动引起的误差。 

缓解3D打印设备振动问题 美研发减振算法
 

  3D打印机是一台很便利的设备,当打印头沿X、Y和Z轴拉动时,拉链不能拉得太快,否则振动会导致打印质量下降。消费者和小型企业使用的更小、更轻的打印机尤其如此。电机近些年来变得越来越快,但是在机器开始“跳过计数”之前,电机的速度才会变得很快,从而导致图层配准错误。这最多可能导致打印品表面呈现波浪形,最坏的情况是造成打印错误。
 

  那么,机械上可以做些什么来减少振动是有限度的。机械修复涉及增加材料以增加刚度或减震。但是,这种附加材料增加了打印机的重量和成本。可以帮助打印更硬质、更高质量的零件,但也增加了成本。减震的添加通常会增加摩擦,这会导致精度问题并增加磨损。
 

  振动的解决方案可能不在于硬件,而在于软件。“Look ahead”算法预测打印机即将发生的情况并改变其操作。
 

  密歇根大学机械工程学副教授Chinedum Okwudire和博士候选人Molong Duan和Deokkyun Yoon开发了一种软件补偿算法,可以在振动发生之前预测并缓解振动。这种称为“FBS振动补偿”的技术使用打印机行为模型来调整其运动,以避免或减少由振动引起的误差。
 

  把它想象成驾驶:一个好的司机不仅要注意车前的情况,还要注意道路上出现的情况,改变操作和速度以避免不必要的制动。U-M的智能和可持续自动化研究实验室负责人Okwudire表示,该算法可以应用于几乎所有的3D打印机。
 

  他说:“对于所有使用相同固件的打印机来说,算法几乎是一样的。但是,算法使用的动态模型必须针对每种打印机型号进行定制。例如,Lulzbot Taz 6将会有一个,而Lulzbot Mini将会有另外一个。我们的FBS算法的美妙之处在于它迄今为止在我们的实验中表现出的稳健性。”
 

  虽然该算法对于小型轻量级打印机可能是最有帮助的,但是对于工业打印机,甚至其他机器,如数控机床、激光雕刻机和机器人来说,操作中任何地方的振动都有重要意义。几个打印机制造商已经向研究组发送了请求,他们要求在他们的打印机上测试算法。
 

  Okwudire在接受采访时表示:“振动问题的好处(也是坏处)是对于他们来说有一个非常简单明显的处理方法,那就是放慢速度。这就是为什么许多人认为振动问题在实践中不是非常重要的原因。当然,问题在于减速是以速度为代价的。我们已经表明,在振动方面,不需要在速度和准确性之间进行这种艰难的折中。”
 

  到目前为止,该团队已经在HICTOP Prusa i3上实现了5 g(50,000 mm / s ^ 2)的加速度,而在没有皮带张紧器的低成本桌面打印机上达到了5 g。
 

  Okwudire说:“我们也注意到使用我们的算法产生的速度(进给率)的好处。到目前为止,我们已经测试了Lulzbot Taz 6和HICTOP Prusa i3的两倍更高的进给率,但是我们还没有达到极限。我们怀疑在某些打印机或打印作业上,我们可以看到更高的打印速度。我们还处于发现阶段,这很令人兴奋。”
 

  振动补偿算法在实践中必须合理稳健。该研究的数据显示,该算法具有不寻常的多功能性,可以使其在不确定性下运行良好。但是,算法的一部分仍然是一个谜,团队将继续研究它,以更好地理解它背后的性能。
 

  Okwudire指出:“我们看到很多通过软件提高3D打印机的速度、精度、可靠性和功能的机会。这是3D打印世界的一个非常原始的领域。我们的目标是消除反复试验。我们需要一台打印机,它具有自我优化其行为,以获得高品质的打印而不牺牲速度。这只是我们朝这个方向迈出的第一步。”
 

  (原标题:密歇根大学开发出提高3D打印速度的减振算法技术)

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