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为提升3D打印速度 国外研究者推出原型解决方案

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  虽然3D打印机大大提升了用户制作原型的效率,但是显而易见,它们在速度这方面仍然有着很大的提升空间,即使是很小的对象,仍然需要花上个把小时去打印。来自康奈尔大学的两位博士生Huaishu Peng和Rundong Wu都意识到了这样一个问题,并为此开发了一个革命性的原型解决方案。这个方案被称为空中打印(On-The-Fly Print),它是一种增量式的3D打印设置,可以在几分钟内构建起一个网格状的原型。   据Huaishu Peng介绍说,在这项研究中,他和Rundong Wu的指导思想是要突破3D数字建模的限制。据他们称,如今的设计几乎完全是数字化的活动。你花个几个小时的时间做一个详细的设计,然后再等上几个小时将其3D打印出来。“由于用户不能在早期检查设计方案,在许多情况下,输出并不是那么理想,因此通常需要多次迭代才能完成设计过程。”他说:“所以能不能创建一个打印速度足够快,可以跟得上CAD设计速度,以便CAD用户能够及时地在低保真条件下预览打印出来的设计?”他不知道。
  幸运的是,在此之前有人做过此类的探索。2014年,柏林Hasso Plattner研究所(HPI)的Guimbretière教授就和Stephanie Müller做过一个关于WirePrint(线打印)的研究,这是一种软件解决方案,可以在几乎任何3D打印机生成设计的低保真线框式预览。由于它只生成边框,因此成型速度要比常规3D打印快10倍。而在On-The-Fly Print这个研究项目里,两位博士生基本上优化了这个线框式的概念,并把它放在了一个强大的平台上,这平台会在您3D建模时自动启动3D打印。
  这听上去似乎好得让人难以置信,但是On-the-Fly Print确实能够实现3D打印与CAD设计的平行。“当基元(primitives)被添加到数字模型上时,我们的3D打印机就会以低保真的线框表现形式将其实例化。在创建数字模型的过程中,设计师可以将构建平台(装有磁铁)从3D打印机上取下来仔细观察分析,然后再将其放回打印机,进一步根据需要修改数字模型,而3D打印机也会同步对实体模型进行修改。”开发人员解释说。
  所有这一切都在一台定制化的Mini Kossel delta式3D打印机上实现了,该机器受一个连接到CRAMPS 2.0模块的Beagle Bone Black(BBB)驱动。据天工社了解,通过多次修改和优化的生成队列,它会在您完成建模的几分钟之后将打印出的原型置于你的手上。这样的速度部分要归因于他们使用了更粗的打印喷嘴(1毫米)。“因为我们的目标是快速提供低保真的实体反馈,因此速度比解析度更重要。”他们解释说。而且由于增加了两个水雾喷射器,挤出的这些厚厚的ABS材料会在几秒钟被固化。其结果是一个这样的3D打印装置可以在32秒内完成一个28×28×28毫米的线框结构,比WirePrint快了两分钟。
  而且为了达到这样的效果,研究人员还对3D打印机进行了改装,使其获得更大的自由度——这台Delta式3D打印机上安装了一个260毫米半径的圆形亚克力轨道,从而使其获得了6个自由度(DOF):其中五个用于运动,另一个用于挤出系统。这使其打印头可以接触到模型的几乎任何一个部分(见下面的视频)。通过简单地改变原型的角度,可以在几乎任何地方作出修补。借助于一个可伸缩的切割刀片,该系统甚至可以修改错误进行减材操作。
  这种复杂的装置显然少不了显然需要相当多的软件支持。研究人员解释称,该软件需要考虑到数字建模的所有计算步骤。它主要来自于一个自定义的Rhino插件的支持,该插件能够立即把所有几何形状转化为可3D打印的G代码。“对于3D打印操作,这包括针对一个形状创造出网格,以及添加任何必要的连接结构;对于减材操作和更正操作,这包括将输入转换成剪切操作,然后创建任何必要的修补结构。”他们说。   更重要的是,他们自定义的插件甚至可以优化打印队列以最大化可打印性,尽量不让你从设计中分心。每当一个新的几何形状被放置在打印床上或添加到前一个设计上,并在5秒钟内没有变化,该插件就会判断用户准备3D打印它。该插件会根据现有的模型计算其可打印性和确定是否需要进行切削或者进行任何角度变化。


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