Zonder ondersteuning printen met multi-assig robotisch 3D-printsysteem van TU Delft

In een paper, waaraan onderzoekers van de TU Delft samenwerkten met onderzoekers van de Tsinghua University in China en het Franse instituut voor onderzoek in informatica en automatisering (INRIA), wordt uitgelegd hoe het team een ​​nieuwe robotachtige 3D-printtechniek heeft ontwikkeld waarmee automatisch gereedschapspaden kunnen worden gemaakt voor het maken van een solide 3D-model zonder het gebruik van ondersteunende structuren.

De samenvatting luidt: “Dit artikel presenteert een nieuwe methode om 3D-modellen te fabriceren op een robotachtig printsysteem uitgerust met meerassige bewegingen. Materialen worden geaccumuleerd binnen het volume langs gebogen gereedschapspaden, zodat de behoefte aan ondersteunende structuren enorm kan worden verminderd – zo niet volledig verlaten – op alle modellen. Onze strategie om de uitdaging aan te gaan van de planning van gereedschapspaden voor 3D-printen met meerdere assen, is om twee opeenvolgende decomposities uit te voeren, eerst volume-tot-oppervlakte en vervolgens oppervlakte-tot-kromme. De ontleding van volume naar oppervlak wordt bereikt door een scalair veld te optimaliseren binnen het volume dat de fabricagevolgorde vertegenwoordigt. Het veld is zodanig begrensd dat de isowaarden ​​gekromde lagen vertegenwoordigen die van onderaf worden ondersteund en een convex oppervlak bieden dat voor botsingvrije navigatie van de printerkop zorgt. Nadat alle gebogen lagen zijn geëxtraheerd, bedekt de decompositie van oppervlakken tot krommen deze met gereedschapspaden terwijl rekening wordt gehouden met beperkingen van het robotafdruksysteem. Onze methode genereert met succes toolpaden voor 3D-printmodellen met grote uitsteeksels. We hebben verschillende uitdagende cases op ons robotplatform gefabriceerd om de mogelijkheden ervan te verifiëren en te demonstreren. “

Professor Wang legde uit dat het collaboratieve onderzoeksteam ’s werelds eerste algoritme heeft ontwikkeld dat in staat is om toezicht te houden op een robotsysteem dat een algemeen solide model fabriceert door middel van gebogen, 3D-toolpaths.

Het paper gaat verder met uit te leggen dat de meeste commerciële 3D-printsystemen in werkelijkheid gebruik maken van 2.5D-fabricage, waarbij materialen laag op laag worden verzameld in vlakken langs een vaste richting, wat ontwikkelingskosten en complexiteit verlaagt, maar het noodzakelijk maakt ondersteunende structuren te gebruiken.

Niemand wil graag te maken hebben met ondersteuningsstructuren – het is moeilijk om ze te verwijderen als je 3D-geprinte object klaar is. Maar robotachtige 3D-printsystemen hebben extra vrijheidsgraden en kunnen zelfs de richting waarin het materiaal zich ophoopt tijdens het printen veranderen.

Door alle 6 vrijheidsgraden (vertalingen, rotaties) en depositie van materiaal langs gebogen lagen te benutten, maken ze in de meeste gevallen ondersteunende structuren overbodig. Dit verhoogt de flexibiliteit die wordt geboden door 3D-printen, zoals het bevrijden van ontwerpers van supportrestricties op complexe onderdelen.

In de paper schreven de onderzoekers: “In dit artikel presenteren we een nieuwe methodologie om de uitdaging aan te gaan van het genereren van meerdere AM-tools voor meerdere assen. Onze techniek is gebaseerd op de waarneming dat de dimensionaliteit van het probleem achtereenvolgens kan worden verminderd door eerst het volume te ontbinden in reeksen gekromde oppervlaktelagen en vervolgens elk oppervlak in gebogen gereedschapspaden te ontbinden. Ons algoritme zoekt naar een accumulatiesequentie die botsingsvrij is, zorgt voor altijd ondersteunde materiaaldepositie en kan alle regio’s zoveel mogelijk printen. Gebogen oppervlaktelagen zijn bedekt met gereedschapspaden rekening houdend met hardwarebeperkingen. “

Co-auteurs van het artikel zijn Chengkai Dai en Professor Wang van de TU Delft, Chenming Wu van de Tsinghua University, Sylvain Lefebvre met INRIA, Guoxin Fang van de TU Delft en Yong-Jin Liu met Tsinghua University.

Bekijk het onderstaande filmpje om het robotachtige 3D-printsysteem van het team in actie te zien.