Система On-The-Fly Print печатает проволочный каркас изделия параллельно с построением 3D-модели

Пусть 3D-принтеры – это великолепный инструмент для прототипирования, у них есть один существенный недостаток: скорость, вернее ее отсутствие. На изготовление 3D-модели могут потребоваться часы и часы времени (даже на самых низких настройках), а ведь так хочется хотя бы мельком увидеть то, что получится. Студенты Корнелльского университета Хуайшу Пенг и Рундонг Ву предложили оригинальное решение этой проблемы. Они разработали платформу On-The-Fly Print, с помощью которой можно получить набросок будущего прототипа за считанные минуты. Более того, в процессе печати пользователь может вновь вернуться к моделированию и внести любые изменения, которые посчитает нужными. Эту систему по праву можно назвать инструментом для пошагового высокоскоростного прототипирования. Студенты представили свой новаторский проект на конференции Conference for Human-Computer Interaction («Конференция по вопросам человеко-компьютерного взаимодействия»), которая проходила в Сан-Хосе, Калифорния, 7-12 мая. Также они подготовили доклад «On-The-Fly Print: пошаговая печать в процессе моделирования». Профессоры университета Стив Маршнер и Франкос Гуимбретьере выступили в роли руководителей проекта, который получил поддержку Национального научного фонда США.Со слов студентов, им хотелось сломать барьеры, ограничивающие цифровое 3D-моделирование. «Поскольку пользователь никак не может увидеть свое изделие заранее, во многих случаях результат оказывается не очень удачным, и тогда все приходится начинаться сначала, – объясняет Хуайшу Пенг. – По-моему, самым логичным решением было придумать систему, которая умеет делать каркасы будущих изделий, чтобы у пользователя перед глазами был физический вариант того, что у него получилось в программе для 3D-моделирования».Все началось еще в 2014 году, когда профессор Гуимбретьере помогал студентке Стефани Мюллер в работе над программой WirePrint. Дело происходило в Институте имени Хассо Платтнера, в Берлине. С помощью этой программы можно получить примерную каркасную сетку модели и потом напечатать ее на любом 3D-принтере. Так как этот всего лишь «проволочный» каркас, скорость его изготовления в десятки раз превосходит скорость изготовления самой модели. Работая над проектом On-the-Fly Print, студенты усовершенствовали начальную идею и подготовили для нее мощную платформу, которая автоматически запускает процесс 3D-печати еще на этапе моделирования. Звучит слишком уж нереально, но On-the-Fly Print действительно позволяет печатать параллельно с работой в CAD-программе. «Вы добавляете элементы в цифровую модель, а наш 3D-принтер в это время выращивает ее «проволочный» каркас. Во время работы дизайнер может вытащить рабочую платформу (закрепленную на магнитах) из принтера и внимательно изучить получившийся каркас. Потом платформу можно установить на место и добавить необходимые правки в цифровую модель, в то время как принтер добавит те же изменения в ее физическую версию», – объясняют разработчики.

Проект реализован на дельта 3D-принтере Mini Kossel, разработанном самими студентами. Он приводится в действие компьютером Beagle Bone Black, подсоединенным к модулю CRAMPS 2.0. Разработчикам удалось значительно ускорить процесс печати за счет пропуска более толстых нитей волокна (1 мм толщиной) через удлиненную печатающую головку, которая может дотянуться до самых удаленных точек каркасной сетки. «В нашем случае скорость важнее качества», – объясняют авторы проекта. Толстые нити ABS затвердевают в считанные секунды благодаря двум водяным распылителям. В результате получилась уникальная платформа для 3D-печати, с помощью которой можно создавать каркасные структуры размером 28 x 28 x 28 мм примерно за 32 секунды (это на две минуты быстрее, чем в WirePrint).Но главное преимущество этой машины в том, что она умеет подправлять модель в любой точке, а не только сверху. Для этого дельта 3D-принтер оснащен кольцевой акриловой рейкой радиусом 260 мм, которая дает шесть степеней свободы: пять в движении и одну для системы экструзии. В результате печатающая головка может добраться практически до любой точки модели,. Это хорошо видно в видеоролике ниже, где создается прототип самолета. Благодаря выдвижному лезвию система даже может корректировать ошибки и удалять кусочки каркаса, чтобы подготовить площадку для дальнейшей работы.Такое сложное техническое оборудование требует наличия очень умной программы. Как объясняют сами дизайнеры, эта программа должна следить за всеми этапами моделирования. Ей стал специальный плагин для Rhino, который мгновенно превращает геометрические формы G-code для 3D-печати. «При аддитивных операциях он создает каркасную сетку, а также все необходимые соединяющие структуры, при субтрактивных операциях он удаляет кусочки каркаса и вносит необходимые правки в конструкцию», – говорят разработчики.

Более того, этот плагин даже умеет следить за очередями печати, тем самым оптимизируя процесс работы и не отвлекая дизайнера. Будто то новая геометрическая форма или изменение уже существующей, плагин сам определяет порядок действий системы. Он решает, нужно ли изменить угол наклона рабочей платформы или вырезать кусочек каркаса. Если программа решает использовать лезвие, тогда она расставляет соединяющие и поддерживающие элементы там, где это необходимо, а потом заполняет открытое место, исправляя первоначальные ошибки. И все это происходит параллельно с вашей работой над CAD-файлом. В конечном итоге система On-The-Fly Print выглядит как готовый инструмент для прототипирования. В то время как все мы были убеждены, что одновременное моделирование и 3D-печать – это ничто иное как утопия, Хуайшу Пенг и Рундонг Ву доказали обратное. Складывается впечатление, что On-The-Fly Print может справиться с любой поставленной задачей. Вполне возможно, что за ней будущее прототипирования.

Источник