В Университете Южной Калифорнии разработали 3D-принтер с динамическим столиком для 3D-печати без поддержек (почти)

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
08.04.2021
6862
39
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

9

Отламывать и выбрасывать поддержки — это расточительно, использовать растворимые опорные материалы — дорого, а печатать по частям и склеивать — долго, нудно и вообще не комильфо, например при работе с тем же нейлоном. И вот тут на помощь приходит беспощадный оверинжиниринг. Рассказываем, как это работает.

Это чудо техники разработали профессор факультета промышленной и системной инженерии Университета Южной Калифорнии Юн Чхэнь и докторант Ян Сю. Система полагается на популярную технологию 3D-печати методом послойного наплавления полимерного прутка (FDM/FFF), а главное особенность заключается в столике, подстраивающимся под высоту печатаемых участков. Если модель не удается расположить таким образом, чтобы ее можно было напечатать без поддержек, 3D-принтер поднимает отдельные элементы столика навстречу соплу.

Но это же дорого и сложно, скажете вы. И да, и нет. С конструкцией разработчики возятся довольно давно, и ранние прототипы использовали отдельные приводы для каждого подвижного элемента, но в текущей версии используется всего один мотор, а экономия на опорных структурах и времени для печати оных при использовании дорогих расходных материалов может с лихвой покрыть стоимость более сложной и дорогой техники. По крайней мере, так считают авторы проекта.

«Я работаю со специалистами в биомедицинской сфере, которые используют биоматериалы для 3D-печати тканей и органов. Многие из используемых ими материалов очень дороги: небольшая бутылочка может стоить от $500 до $1000. Расходные материалы для обычных FDM 3D-принтеров стоят в районе $50 за килограмм, а в биопечати — уже порядка $50 за грамм. Таким образом, если мы можем сэкономить 30% материала на 3D-печати опорных структур, это уже огромные сбережения для биомедицинской 3D-печати. Когда вы печатаете сложные формы, половина времени уходит на выращивание самих изделий, а вторая половина — на печать поддержек. В нашей системе поддержки почти не нужны, так что экономия временных затрат может достигать 40%. Если бы мы использовали сто подвижных элементов столика с индивидуальными моторами по десять долларов каждый, стоимость достигала бы $1000, и это не считая двадцати пяти плат для управления двигателями. Все вместе это обходилось бы уже в десять с лишним тысяч долларов», — рассказывает профессор Юн Чхэнь.

Для экономии на моторчиках и платах необходимо поработать ручками. Мотор поднимает выбранные сегменты слой за слоем по мере печати модели с помощью шпилек и поршня. Слайсер помогает определить, какие из участков модели будут нуждаться в опорах и подсказывает оператору, в какие именно сегменты необходимо вручную вставить запаянные на одном конце трубки разной длины, регулирующие высоту подъема шпилек.

Трубки надеваются на шпильки снизу, а когда трубка упирается в нижнюю поверхность верхней перфорированной платформы, она отсоединяется от поршня, шпилька теряет опору, и сегмент прекращает движение вверх. Сегменты столика соединяются со шпильками магнитными креплениями, что позволяет без труда снимать готовые изделия, а затем уже отделять сегменты от распечаток один за другим.

Разработчики утверждают, что систему можно будет легко адаптировать под нужды промышленного аддитивного производства, где экономия времени и стоимости будет еще более очевидной с учетом растущих размеров печатаемых объектов — автомобильных кузовов, катерных корпусов и тому подобного. Также планируется адаптация системы под другие методы 3D-печати, включая стереолитографию и селективное лазерное спекание/сплавление. Команда уже подала заявку на патент, доклад опубликован в журнале Additive Manufacturing по этой ссылке.

Презентация:

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.  

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

9
Комментарии к статье

Комментарии

08.04.2021 в 18:43
9

Напоминает крышку реактора РБМК...

08.04.2021 в 18:47
3

во, тоже об этом подумал)))

08.04.2021 в 18:53

Комментарий удалён

08.04.2021 в 19:02
0

В идеале получится нечто вроде 

Игольчатый экран — техника анимации, изобретённая в 1931 году Александром Алексеевым (патент № 387554 от 11 июля 1935 года).Игольчатый экран представляет собой вертикальную плоскость, через которую проходят равномерно распределенные длинные тонкие иглы. Иглы могут перемещаться перпендикулярно плоскости экрана. Число игл может быть от нескольких десятков тысяч до миллиона. Иглы, обращенные острием к объективу — не видны, но неравномерно выдвинутые иглы отбрасывают тени разной длины. Если выдвинуть их — картинка темнеет, если втянуть — светлеет. Полностью втянутые иглы дают белый лист без теней. Перемещением источника света и двигая иглы, получают интересные картины. 
Очень похожее было показано в фильме Росомаха, где японец Ясида лежал на особом ложе   http://okcomics.ru/_ld/0/04776157.jpg

15.04.2021 в 18:18
0

Представляю какой там гемор если нужен нагрев стола :)

08.04.2021 в 19:09
0

О, мой первый принтер Orion Delta !

08.04.2021 в 19:15
4

Какая топорная реализация. Походу тут ключевое - патент. Что бы не дать другим нормально сделать.

16.04.2021 в 14:03
0

    Угу, я бы например сделал тонкие 6гранные шпильки с отверстиями каждые 5мм, и перпендикулярно шпилькам шпильки круглые, а на головку ставится магнит на сервоприводе. Таким образом, головка магнитом вытягивает несколько 6гранных шпилек, а когда шпилька достигает искомой высоты, её "протыкает" в отверстие круглая шпилька фиксируя на месте. Так, ряд за рядом круглые шпильки фиксируют 6гранные, придавая столу искомую форму.

08.04.2021 в 19:52
1

Господя, забанили на рынке пенопласта? Тоже мне изобретение, мы уж давно не паримся про отделения поддержки https://3dtoday.ru/we-print/support-from-the-fact-that-under-hands-got

08.04.2021 в 22:24
0

Господя, забанили на рынке пенопласта? Тоже мне изобретение, мы уж давно не паримся про отделения поддержки https://3dtoday.ru/we-print/support-from-the-fact-that-under-hands-got
Какая топорная реализация. Походу тут ключевое - патент. Что бы не дать другим нормально сделать.

вот. Дотумкал, наконец. Спасиб. Сперва хотел критики навести: что это только для частных случаев, не решает на 100%, не решает вопрос с полостями и т.п. 

Поскольку, как ни крути, а все случаи решает 2-й экструдер и расторимые поддержки. (которые дорогие и т.д.).

Но к концк дня, кажется, сообразил. Вполне тянет на заявочку. Не буду полностью описывать, но только скажу, что и пенопласт не нужен. И второй экструдер ненужен. И вот эта вот вся фигня с ядерным реактором тоже не нужна. Но вопрос можно кажется решить и просто и для всех случаев (сам голову ломал не один месяц с этими поддержками))))). 

08.04.2021 в 22:25
0

А как такой столик ровнять? Между плитками ведь всё равно будут зазоры?

09.04.2021 в 20:57
0

Ага согласен бумажкой каждую плитку нужно будет откалибровать 😂 

08.04.2021 в 22:30
1

скажу только, что ведь сам по себе PVA в гранулах (а не ввиде филамента) копейки стоит. Вот например первое попавшееся: http://filatrade.ru/granuly/pva_granuly_1_kg/

Т.е. поддержки гораздо даже дешевле самого дешового материала детали могут получаться. Весь затык - в их организации в нужных местах. 

Но теперь, после поста p8u дотумкал наконец. Еще раз спасибо. Наверно, если хотите в заявку вписаться, то велкам. 

09.04.2021 в 17:00
0

Если PVA в гранулах такой доступный, то имеет смысл сделать для него отдельный микро экструдер (на али попадаются микро шнеки) и вторую голову. Сделать сопло побольше ~1mm и печатать поддержки в одну "нитку". При печати поддержек отсутствие нормального ретракта и на шнеке уже будет не принципиально, а бугорки и другие огрехи потом растворятся :-)

09.04.2021 в 22:26
0

об том и речь. Если поддержки наливать, а не печатать аналогично основной детали - этож насколько скорость и все остальное ускоряет. 

Я давно смотрю в сторону экструдеров и микроэкструдеров. Снимает кучу вопросов и проблем. Включая и вторичную переработку брака и ненужных изделий. 

Также это чумово для сверхкрупногабаритных изделий решает задачу. Тогда пластик применяется в гранулах а не в филаменте, что вообще нелинейно удешивляет ценник детали и ускоряет печать. 

Но как я там не думал - помимо шнека необходим, имхо, замкнутый герметично контур, а подачу\ректракт из стакана с расплавом с помощью микроклапана осуществлять. Аналогично барометру какбы. Это помимо сверхточности капли еще и скорость другая. Механика так не может. 

11.04.2021 в 00:20
0

Посмотрел, экструдер из гранул получается слишком громоздким и тяжёлым. Лучше сначала сделать хоть какой-то пруток, а потом его выдавливать стандартным экструдером.

11.04.2021 в 00:53
0

Посмотрел, экструдер из гранул получается слишком громоздким и тяжёлым. Лучше сначала сделать хоть какой-то пруток, а потом его выдавливать стандартным экструдером.

это все со шнеками - либо для сверхркрупногабаритной печати, где ни вес ни размеры существенной роли не играют (важнее себсестоимость изделий и скорость). Либо для аппаратов с неподвижным блоком голов ( а летает стол по всем осям). Такая компоновка кстати массу перспектив открывает.

А вот про то, что непосредственно из шнекового узла печатать не целесообразно - согласен полностью. Тоже думал про это и пришел к заключению, что либо надо сверху сперва шнеком пруток эструдировать и внизу на директ подавать уже. 

Но и тут вопрос - если брак возник вверху, в ходе получения прутка, а внизу идет во всю печать детали, то что делать? Вывод напрашивается один: что сперва надо наделать энное количество прутка, а уже потом им спокойно печатать. Но это если вообще про филамент речь. Если поддержки както жидко подливать - то вопрос отпадает сам собой.

12.04.2021 в 01:19
0

Если поддержки както жидко подливать - то вопрос отпадает сам собой.

Пока это  не могу осмыслить - большой расход-> цена, как перевести PVA  в жидкое состояние, а потом сразу в твёрдое и т.п. Может лучшим вариантом будет, направление - самостоятельное изготовление  "спец" прутка с пониженными характеристиками (диаметр, овальность).

1) Большого диаметра ~3 мм - чтоб проще было его получить, но всё ещё гнулся для подачи к подвижному экструдеру.

2) Возможно специальная форма (формировать при изготовлении пока мягкий) например с зубцами для простого и эффективной подачи, раз "красота" растворится после печати.


Попробовать гравитационный способ изготовления прутка. Конусная емкость с гранулами, внизу нагреватель. Из которого вытекает под действием силы тяжести как из обычного экструдера в перерывах между работой. Снизу контроль диаметра и две шестерни для регулирования скорости <-> диаметра выходящего пластика. Обдув и водяное охлаждение по желанию :-)

08.04.2021 в 22:35
0

А как такой столик ровнять? Между плитками ведь всё равно будут зазоры?

пусть эти професора из провинциальных штатовских универов как хотят ровняют там моторчиками и шпильками. Вопрос то решен))) Эврика. 

Соусник. Соусник с расплавом пва, в стенках-кювете из основного материала. Закон сообщающихся сосудов. Налив. Не пенопласт брусочки - а жидкий налив в кювету по мере наращивания слоев. И все. 

09.04.2021 в 00:46
0

Завтра по трезвому удалишь посты?)

09.04.2021 в 05:54
1

Завтра по трезвому удалишь посты?)

а чего ж тут удалять? Все логично и выполнимо. 

Моделируется вокруг детали стенка (двойная причем) туда внутрь, грубо говоря, по мере печати слоев, микродозируется послойно жидкий материал поддержки. Сплошным образом. Он само выравнивается, излишки переливаются через первую внутреннюю стенку и накапливаются между ней и второй стенкой. Таким образом даже просто экономится время на печать поддержек обычным спосбом. 

Деталь просто какбы погружается в поддержку как в молоко, по мере печати. 

Чтоже тут невероятного? В точности заливки слоев? Тот же самый метод что и с этими площадками, тот же самый что и с пенопластовыми кубиками. Просто ничего не надо выдвигать или вставлять, надо просто заливать деталь послойно. 

Если и есть проблема - только в точности дозировки подачи материала. Отчасти он будет сам выравинваться за счет перелива излишков через стенку, которая тоже растет послойно вместе с деталью. 

09.04.2021 в 05:59
0

по этому принципу автопоилки делают или автокормушки, например. Когда из верхнего резервуара подается жидкость или корм в саму кормушку. 

Для принтеров с стационарными столами (не дрыгостолы) вообще не вижу проблем никаких особо для реализации. 

09.04.2021 в 07:54
0

А что делать, если материал поддержек попадет внутрь детали? В заливку?

09.04.2021 в 08:27

Комментарий удалён

09.04.2021 в 08:27
0

А что делать, если материал поддержек попадет внутрь детали? В заливку?

да и фиг с ним. Просто не растворится да и все. 

Чем более детально я про это все думаю, тем четче проясняется. Собстно, если и есть какаято "сложность" в предлагаемом способе - это подливать по 0.2 мм. (на высоту слоя). Но и это решаемо. 

А если говорить про грубую заливку ( как вот здесь в статье фото чайника - там поддержки есть, просто печатаются не с нулевого Z, а выше, благодаря подпоркам винтовым - то такую просто "подъем уровня" - никаких проблем не вижу. А ведь это большая экономия времени и материала. Поскольку при предлагаемом спосбое надо только внешнюю стенку контурить, практически вазу. Дабы создать кювету для подлива жидкой поддержки. 

09.04.2021 в 08:53
0

Подливать не надо.

Надо делать как в SLA сверху-вниз - стол опускается в материал поддержек, слой формируется ракелем.

Экструдер движется только по XY.

Материал поддержек имеет плотность, выше плотности материала печати - т.е. эктрудированный первый слой просто плавает на поверхности. И температуру, чтобы обеспечить а) быстрое охлаждение б) отсутствие напряжений при печати. 

Сразу отпадает потребность в термокамерах и обдувах. 

09.04.2021 в 09:52
0

я думал про ракель  А равно и про плоскую "крышку" после каждого напечатанного слоя. Тогда поддержки просто поддавливаются между столом и этой крышкой (на высоту даже 0.2) и вся зона печати опять идеально ровная становится для нового слоя. 

Одна проблема - всякий раз после каждого слоя, что для крышки что для ракеля надо поднимать хотенд и потом снова возвращать. 

09.04.2021 в 15:03
0

Недостатки погружного варианта в том что нужно изолировать стол от раствора и непонятно как печатать детали подобные той которую печатал p8u, при условии что стараемся избегать попадания раствора между слоями и во внутренние пустоты детали. 

09.04.2021 в 22:36
0

стараемся избегать попадания раствора между слоями и во внутренние пустоты детали. 

во внутренние пустоты не критично. Ибо тогда можно не заморачиваться с % внутреннего заполнения, а просто печатать только стенки. А заполнение делать заливанием. Это дико ускорит процесс. Поскольку по сути, внутреннее заполнение детали - есть обычная поддержка для верхней части, кумпола детальки. Неудаляемая. Ну и тут будет наливаемая и неудаляемая и всегда 100% заполнения. 

Между слоями конечно не должно ничего попадать. Поскольку тогда сперва слой основным материалом печатается а только потом вокруг появляется поддержка. 

При нынешней системе печати - поддержка и основной материал печатаются одновременно и поочередно в процессе создания слоя. 

09.04.2021 в 01:24
0

Несколько месяцев назад мелькала статья про наклонный столик вот это я понимаю решение проблемы печати нависающих частей. 

09.04.2021 в 08:32
0

Нужно теперь довести по ума с технической точки зрения, и возможно будет отдельная ветка в 3D

09.04.2021 в 10:53
0

На цену такой станины можно купить пластика на десять лет вперёд...

09.04.2021 в 18:44
0

вам же в конце ролика показали планы реализации: при строительстве дома, дорогостоящими биоматериалами. Пластик это прототип, в ваш принтер никто лезть не собирается

12.04.2021 в 15:03
0

Это же самые настоящие костыли!

15.04.2021 в 09:08
1

Какие же они безумцы. Вместо изобретения бесполезных костылей, давно бы уже разработали радиально-кольцевой 3D принтер и поддержки вообще канули бы в лету. Но они на такое не способны, ведь придётся ПО переписать полностью. Вот такой конструкции:.

15.04.2021 в 13:04
0

Тут очень сложная механика. И что самое главное - очень непростые алгоритмы управления, дельта отдыхает. Полярные координаты - они такие. И у него переменное, по радиусу стола разрешение. В центре - 1 линия на 0 мм.

Возьмите и прикиньте как данный принтер будет печатать квадратный слой. Там куча дополнительных движений. И да, при пересечении центра надо обязательно выключать подачу пластика. Иначе не слабый такой бугор будет.

Написал и подумал - а ведь так как нарисовано, это может нормально печатать только в центральной точке стола. В остальных случаях пластик будет вытекать вбок от сопла. А при  печати у края стола - вообще под прямым углом к соплу . Скорее всего на рисунке еще одной подачи не хватает - для перемещения самой  дуги по радиусу от стола.

16.04.2021 в 08:37
0


 Полярные координаты - они такие. 


Какие полярные координаты? Не вводите в заблуждение, нет там никаких "непростых алгоритмов"!)
Главная проблема это точное определение центра, так сказать координаты (0; 0)
Все остальное решается математикой первого курса "Прикладной математики".

16.04.2021 в 12:31
0

Поскольку центр стола определить очень тяжко ( не дорого -практически невозможно) то за начало отсчёта будет точка на краю стола, что элементарно определяется магнитом и датчиком Холла. 

И считать придётся в системе координат, центр которой вращается относительно другой системы координат. Мне так кажется.

И мне крайне интересно как вы будете решать проблему наложения пластика при пересечении центра стола. Ретракты не спасут, за сотню слоёв всё равно бугор накопится. И как пластик наносится под углами к столу.

А еще центробежные силы, быстро стол крутить не выйдет. А еще нужно будет тягать вверх-вниз вращающийся стол. Безлюфтово.


Или я чего-то не понимаю.

16.04.2021 в 08:42
0

Как идея - супер!))
Вопрос только в реализации механики точного позиционирования.
Заходил на эту кинематику дважды, если стол на полярных координатах сделать не представляет никакого труда, то с головой так и не придумал...

Дело усложняется точным позиционированием всей механики в начале координат.

15.04.2021 в 10:56
0

Я выскажу другую идею по динамическим поддержкам.

На голове принтера установлены электромагниты.

Рядом со столом (или на столе) расположена обойма кубиков с металлическим верхом.

На голове принтера обязательно установлена система калибровки в виде дальномера.

Из электронной доработки только подключение управляемого питания электромагнита.

Рядом со столом кювета с клеевым составом.

Теперь алгоритм.

Для установки поддержки голова подводится к обойме кубиков, цепляет электромагнитом кубик, макает в клей и ставит на стол. Дальше калибруется по высоте кубика.

Инженерный момент - возможно не получится головой принтера напрямую хватать кубики (плоскость магнитов выше плоскости сопла). Решается или дополнительным приводом для выдвижения площадки магнитов ниже плоскости сопла, или же цеплянием головой сначала кондуктора (рамка с металлическим верхом, пружинными контактами и собственными электромагнитами в нижней части). Кондуктор живет рядом с обоймой кубиков. И цепляется на операцию перетаскивания, возвращается потом на место.

Учет кубиков в стеке, уровня клея в ванночке, калибровка по установленному кубику на столе - все програмно.

Еще момент с адгезией к верху кубика. Наверное должна быть наклейка из материала стола (минус площадки для цепляния магнитами). Немного изменен алгоритм печати первых слоев на кубике, ибо кубик не прогревается.


Технически наверное любой принтер может быть на аппаратном уровне доработан до такой схемы (напечатать к голове крепления электромагнитов и завести их питание на электронику). Дальше все только программа и печать деталек всей этой конструкции.

18.04.2021 в 08:29
0

Разные мысли...

Вариант 1: Стол из шестигранников + 2, 3, 4 стороны корпуса с блоком из горизонтально выдвигаемых пластин для поддержки "висячих" деталей модели...

Вариант 2: Голова печати прикрученная к 5 позиционному фрезеру...

Вариант 3: Суперскорость!...Блок головок количеством и размером 90% площади печати с минимальным шагом перемещения по плоскости стола, 10 мм. макс.(расстояние от дюз) каждая голова печатает свой участок 10х10 мм.... 1 секунда слой при 100% заполнении... своеобразный аналог струйного принтера...

Вариант 4: Мелкодисперсное распыление фотополимера равномерным слоем 0.005 мм. с моментальной фиксацией УФ изображением...

Всё дорого...

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Проект электронного мультитула QUARK

Яйца с сюрпризом, или готовимся к пасхе...

Камень из Hearthstone

Скоро косить #2

20-процентные скидки на наборы пластиков для 3D-печати от REC

Супер подсветка - конструктор