Изобретён модульный стол для 3D-печати, экономящий время и расходный материал

    Исследователи из инженерного колледжа им. Витерби при Южно-Калифорнийском университете разработали уникальный печатный стол для 3D-принтеров, способный динамически менять конфигурацию своей поверхности. Подобный стол в перспективе позволит уменьшить время печати и расход материала.


    Слева – печать как на обычном столе, с длинными подпорками. В середине – печать с укороченными подпорками благодаря подъёму частей стола.

    Вместо стандартной большой и плоской поверхности печатного стола в прототипе исследователей используется составной стол, состоящий из множества небольших пластин. Каждая из них способна подниматься по команде, отдаваемой программой, управляющей печатью. Поднятая в высоту пластина экономит материал, расходуемый при печати аналогичной поддержки. По оценкам инженеров, подобная технология способна сэкономить порядка 35% пластика.

    Работой руководили профессор промышленного и системного машиностроения Йон Чен и кандидат наук Ян Ксю. Результаты их исследований опубликованы в журнале Additive Manufacturing.

    Хотя чаще всего для печати используется недорогой пластик, такие вспомогательные структуры, как поддержки, обычно считают отходами, и выбрасывают. Это вносит свой вклад в постепенно назревающую проблему увеличения отходов трёхмерной печати. Кроме того, профессор Чен сообщил, что работает с технологиями печати биоматериалов, в которых расходные материалы весьма дороги. Если при стандартной печати пластик может стоить, по словам профессора, $50 за килограмм, то биоматериал для печати может стоить по $50 за грамм.

    По словам Чена, кроме экономии на стоимости, технология позволяет экономить и время печати, уходящее на печать подпорок — вплоть до 40%.


    Чтобы не поднимать стоимость системы и её энергопотребление чрезмерно, устанавливая по отдельному мотору для каждой платформы, инженеры обошлись всего одним мотором, способным поднимать по нескольку пластин. На основании геометрии модели программа сообщает пользователю, под какие из пластин необходимо установить металлические трубочки, благодаря которым мотор сможет поднимать их во время печати. Трубочки легко устанавливаются и удаляются по окончанию процесса.

    Чен утверждает, что технологию легко адаптировать и для крупных аддитивных производств, например, в автомобилестроении, авиационной промышленности и производстве судов. Команда подала заявку на патент.
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 52

      +6

      Поддержки напечатанные принтером явно дешевле этого модульного стола с кучей дополнительных движков. И что самое главное возможностью рассинхрона и выламыванию поднятых стоек. Никогда это не сможет окупиться. Истинно говорю вам!

        +2
        Чтобы не поднимать стоимость системы и её энергопотребление чрезмерно, устанавливая по отдельному мотору для каждой платформы, инженеры обошлись всего одним мотором, способным поднимать по нескольку пластин
          +3
          А ведь надо еще обеспечить точность и повторяемость движений подвижных элементов стола. Их крепления (там скорее всего линейные подшипники стоят) рано или поздно износятся, появится люфт и в при очередной печати подвижный сегмент стола не сможет вернуться в исходное положение. Или другой вариант: из-за люфта в направляющей, плоскость одного из выдвинутых сегментов станет не параллельна остальным, из-за чего сопло печатной головки зацепит этот сегмент и поцарапает его или даже погнет.

          И еще интересно, планируется ли компенсировать тепловое расширение этих подвижных частей или просто сразу отказываемся от нагрева стола и теряем возможность печатать множеством разных материалов?

          В итоге имеем серьезное усложнение конструкции принтера при достаточно сомнительных преимуществах. Обслуживать такой принтер в долгосрочной перспективе будет гораздо сложнее и дороже.

          Если задача экономить пластик и минимизировать отходы прямо так важна, то ее проще решить путем покупки установки для переплавки пластика и выдавливания прутка. Так можно сократить отходы почти до 0.
            –1
            А так ли нужна точность этих элементов?
            Да, у авторов тут она послойная — но даже всего десяток возможных положений может уже обеспечить бОльшую часть всех преимуществ по скорости и экономии материалов.

            Единственное — это усложнит конструкцию печатной головки, так как надо будет добавить какой-нибудь дальномер или 3Д сканер для точного определения «профиля дна», плюс учитывать ограничения для подвижности головки.
              +2

              Печатный стол калибруется листом бумаги. Вот такая нужна точность. Неправильная калибровка — неудавшаяся печать.

                –1
                Только это требуемая точность не к поверхности стола, а к дальномеру/3Д сканнеру.
                Сама же поверхность только должна быть такой формы, чтобы не мешать движению головки.
                  0

                  Именно к поверхности стола.
                  Зазор и наклон плрскости.
                  Имхо проблема надумана.
                  Двуголовочные принтеры, печатающие поддерж

                    0
                    Звучит бредово — что, на большом столе (для которого невозможно обеспечить такую точность) нельзя печатать?
                    Такая точность нужна только если вы откалибровали один раз — и забыли. Если же дальномер/сканнер постоянно обновляет данные о профиле поверхности, то что мешает поднять/опустить головку на пару миллиметров в процессе печати?
                    Что, нельзя приварить металлический кубик на стол, и учитывать его конфигурацию при печати (используя как постоянную поддержку)?

                    В конце концов, печатают же целые дома — там никакой «толщины бумаги» никогда не обеспечить.
                      0

                      Для больших столов есть тач. Когда щуп строит геометрию искривлений с погрешностью в районе 5 мкм. А потом учитывает при нанесении первого слоя.

                        0

                        Вполне себе домашний Wanhao Duplicator 6+ автоматически калибруется то-ли по 9, то-ли по 16 точкам (уже не помню точно). По центру бумажкой выставляешь зазор, дальше автокалибровкой он растягивается по всей площади стола.

                        0

                        Так на домах и столов (в этом пониманни нет) есть направляющие рельсы. И все таки надо разлелять размерность. Микрометры и дециметры.
                        Вообще, звучит бредово такое сравнение…

                    0
                    Но не для подпорок, а для raft'a.
                    0

                    Я что-то не понимаю? У моего принтера на головке стоит дальномер, который определяет расстояние от головки до стола. Калибровка по бумажке — это фиксация расстояния дальномера от плоскости сопла. Я могу откалибровать по одному коврику, а потом положить другой, с отличной толщиной, все будет нормально печататься.
                    В алгоритм достаточно внести считывание высоты поддержки перед началом печати на ней. Точность установки поддержки — +-5 мм достаточна. Именно такая, чтобы принтер перед началом печати на ней подвел к ней без задевания голову и далее произвел калибровку уже штатными движениями моторов. При подъеме сегмента можно использовать тот же датчик головки, чтобы поймать момент выхода на нужную высоту.

                    0

                    нагрев стола это глупость RepRap, это применили что бы Stratasys не придирался к тем, кто продавал решения RepRap. Частники могли всегда использовать нормальную камеру с нормальным обдувом и нагревом без нагреваемого стола.

                  0
                  Для домашнего применения да. А вот в бизнес применении в некоторых случаях возможна стабильная экономия на не таком уж дешёвом пластике. Окупится ли это или нет не берусь утверждать. Зависит от скорости/объёма печати и требуемого качества.
                    0
                    Если применяемый пластик при таком плавлении не теряет своих свойств, то на предприятии есть (уже) аппарат, производящий пруток из отхододов.
                  +4
                  Тут на ровном-то столе первый слой прилипать через раз отказывается — а тут вообще эквилибристика какая-то.
                    –1
                    Это на дешёвых домашних 3D принтерах. На промышленных, при использовании сертифицированного пластика, такой проблемы как правило не возникает.
                      0

                      "Как правило" она и на бытовых не возникает. Она возникает на любых принтерах при переходе с одного материала на другой.

                        0

                        На бытовых она как раз "как правило" возникает регулярно.
                        А на пром принтерах с сертифицированной(т.е. провереной производителем принтера) как правило нет. Проблемы могут происходить в случае когда производитель пластика вдруг изменил состав/технологию.

                          0

                          Пром. принтера не имею, имею дешёвый бытовой. При постоянной печати пластиком одного производителя и из одной партии достаточно подобрать настройки один раз и потом печатать без геморроя по полгода (да, я покупаю сразу по многу одинакового пластика).

                            0
                            Ну это понятно. А производитель пром. принтера сам тестирует пластик и подбирает нужные настройки, потом остаётся только профиль выбрать.
                              0

                              Ровно до смены пластика. Как и при работе на бытовом принтере: поменял катушку — загрузил соответствующий ей пресет из своей библиотеки; закупил новую партию пластика — один раз подбираешь установки и сохраняешь их в библиотеку.

                    +2
                    Разве повернуть модель нельзя было?
                    А то ведь можно её повыше над столом поднять, тогда еще больше экономия получится!
                      0
                      Понятно, что это иллюстрация. Но не всякую модель можно повернуть так, чтобы избежать поддержек.
                      +1
                      Гораздо проще поставить вторую голову и печатать поддержки другим пластиком. Более дешёвым или водорастворимым, например. Что и делается на практике.
                      Это вносит свой вклад в постепенно назревающую проблему увеличения отходов трёхмерной печати
                      Есть энтузиасты, переплавляющие отходы в пруток, отдавайте отходы им)
                        0
                        А что, есть веняемые варианты такого материала для например PET-G? PVA звучит прекрасно, но стоит в два с половиной раза дороже чем сам пет-г.
                          0
                          Но я же не говорил что будет и дешёвым и водорастворимым)) Тут уже потребуется третья голова.
                            0

                            PETG сам стоит копейки. Поэтому, если стоит цель сэкономить, то печатайте поддержки из PETG.

                              0
                              А сам объект из чего?
                              Ну и потом уменьшение объема поддержек — это еще и уменьшение времени печати. Что тоже приятно.
                                0
                                Для уменьшения времени можно вторую частично/полностью независимую голову поставить. При правильном расположении детали вроде примера из публикации, скорость печати будет не то что в два раза выше, а даже больше, т.к. голова не будет метаться между отдельными объектами(что ещё и проблемы на ретракт уменьшит).
                                Китайцы уже освоили выпуск моделей с двумя частично независимыми экструдерами, а на ютубе мне встречались самоделки сразу с четырьмя.
                          +1
                          А что с подогревом стола?
                            0
                            Ничего сложного разбить подогрев на такие сегменты.
                              +1
                              Исследователи уверены, что можно обойтись даже меньшим количеством нагревательных элементов. Программа сообщит пользователю, куда нужно прикрепить легко устанавливаемые нагревательные пластины. Команда уже подала заявку на патент.
                            0

                            Неплохая идея, но реализацию можно ещё удешевить. Достаточно стола в клетку и набора заранее напечатанных поддержек, которые в нужный момент следует прилепить на термоклей в указанные программой места. Собственно, приклеиванием поддержек в процессе печати мне заниматься уже приходилось, но в экстренном режиме, когда встроенная поддержка внезапно отвалилась.

                              0
                              Это явно не для домашнего применения, заниматься этим 24/7 явно никто не будет. Плюс велика вероятность ошибок. Стойка не той высоты, плохо приклеилась и т.п.
                              +1
                              Имхо — слишком сложная конструкция.

                              Дарю идею)
                              Надо просто заполнять рабочую область печати каким-то легкоплавким материалом. На ум приходит Галлий, но нужно что-то более дешевое, вероятно органическое соединение.

                              По мере печати, когда нужно создать поддержку — доливаем расплава, ждем пока застынет, и опять печатаем. По итогу — расплавляем весь объем и сливаем для будущего использования.
                              Заодно решена проблема калибровки стола:)

                              Но только это тоже не взлетит. Потому как почти любое решение проиграет текущему (пожертвовать мизерную долю пластика, ничего не меняя в конструкции).

                              P.S. «Сэкономить порядка 35% пластика» — это мягко говоря неправда. Может в каких-то предельных случаях до этого можно дойти, но подложка делается крайне разреженной (в отличие от основной формы), да и в большинстве моделей размер поддержки можно сильно минимизировать. 5-10% в среднем — я бы еще поверил. Но никак не треть.
                                0
                                Не понял как реализован подъём разных сегментов стола на разную высоту при одном двигателе? Надо устанавливать трубочки разной высоты?
                                  +1
                                  не взлетит.
                                  тупо из за стоимости скобяной составляющей (штанги, подшипники ...)
                                    0

                                    Еще идея. На печатающую голову ставятся электромагниты. Дальномер (если штатного нет) тоже обязателен. Рядом со столом пачка кубиков. В нужный момент "однорукий бандит" переносит кубик из обоймы на стол. Небольшой вопрос фиксации — перед установкой макает кубик в ванночку клея. Доработка принтера — насадка с магнитиком на голову и организация обоймы в зоне доступности головы. Дальше все делает программа.

                                      0
                                      Вот тоже идея-фикс: просто лепим на нужные места в нужные моменты магнитные квадратики вместо подпорок и печатаем поверх них. Магниты могут иметь шероховатую поверхность и их геометрические размеры известны :D.
                                        0
                                        Вот только печать во многих случаях с подогревом, а значит все эти подпорки будут менять размеры, отрывая деталь от основной части стола.
                                        0
                                        Для себя решил что лучше разделять деталь на несколько частей (декомпозиция типа) и нормально их печатать с минимумом поддержек и нависаний, а то и без них, и без риска запороть большую деталь. Что касаемо декоративных вещей, то их всё равно грунтовать и красить, так-что швы от склейки не помешают. Лучше изобрели бы простую переработку использованного пластика в пруток, для черновых деталей наверное сгодился-бы.
                                          0
                                          Лучше изобрели бы простую переработку использованного пластика в пруток, для черновых деталей наверное сгодился-бы.

                                          3dtoday ->поиск "переработка пластика в пруток".

                                          0
                                          Странно что проблемы не пытаются решить программными способами.

                                          Например, принтер вполне может печатать детали под углом градусов 40-50, без поддержек.
                                          Почему поддержки всегда идут от стола до детали? Почему не вырастить поддержку из самой детали? Кто-нибудь видел в природе «двевовидные» поддержки? Это же логичное решение, которое съекономит кучу пластика…

                                          Скажем в примере из статьи — конец верхней ноги вполне может держаться на поддержке которая сантиметром ниже приделана к той же ноге… Конечно, придется править модель в двух местах а не в одном, но если 35% детали уходит на поддержки — стоит задуматься.

                                          Или еще пример. Многие принтеры умеют делать замер поверхности стола. Т.е. на печатающей головке есть датчик и пробегаясь по точкам принтер может показать табличку где насколько стол нужно поднять/опустить.

                                          Кто-нибудь видел слайсер который умеет использовать эту информацию?

                                          Сколько возни с выравниванием поверхности стола. При том что решение чисто программное.
                                          По массиву точек расчитать движение головки с поправкой на высоту. Первые слои будут печататься чуть медленее (и то не факт), так как головка будет слегка смещаться вниз/вверх по мере отрисовки. Но за несколько десятков слоев можно все выровнять и дальше печатать как обычно.

                                          Нужно только чтобы слайсер умел делить модель на криволинейные слои. Но это ведь не так сложно…

                                          Может я просто не знаю и в природе есть умные слайсеры?
                                            0

                                            Древовидные поддержки давно есть в Cura. И это просто киллер-фича

                                              0
                                              Спасибо! Не замечал раньше.
                                                +1

                                                Раньше было в экспериментальных настройках, а в последних версиях влили в основные

                                                  +1

                                                  И да, компенсация неровностей стола — это задача не слайсера, а управляющей прошивки. И Marlin, и Klipper прекрасно умеют компенсировать кривой стол по заранее построенной карте неровностей.

                                              0
                                              Кто-нибудь видел в природе «двевовидные» поддержки?
                                              Для FDM-печати не припомню, а в фотополимерной используются активно. Видимо потому, что там вообще всё на поддержках строится.
                                              Сколько возни с выравниванием поверхности стола. При том что решение чисто программное.
                                              По массиву точек расчитать движение головки с поправкой на высоту. Первые слои будут печататься чуть медленее (и то не факт), так как головка будет слегка смещаться вниз/вверх по мере отрисовки. Но за несколько десятков слоев можно все выровнять и дальше печатать как обычно.
                                              Marlin так умеет. То есть данные эти не выгружаются в слайсер (хотя и это не проблема), а коррекция кривизны стола происходит непосредственно при печати.
                                                0
                                                Вероятно потому что смола более твёрдая и не меняет свои линейные размеры в процессе печати. При печати пластиком же, такая диагональная поддержка не будет давать достаточной жесткости и остынув уменьшится в размерах. Деталь пойдёт на изгиб, а там расслоение или вовсе отвал.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое