Новые алгоритмы позволяют пользователям экономить время и материал для 3D-печати

Как вы знаете, 3D-принтеры выращивают объекты слой за слоем, поэтому при изготовлении выступающих элементов, например, вытянутых рук, пользователю приходится добавлять поддерживающие структуры, которые потом удаляются. В результате тратится дополнительное время и материал.

Сегодня исследователи из Университета Пердью продемонстрировали два новых способа печати, которые значительно экономят время и материал. Все это, несомненно, сказывается на общей стоимости изготовления модели, как говорит Бедрих Бенес, доцент кафедры компьютерной графики.

«Общая стоимость печати зависит от разных факторов, среди которых не только стоимость самого принтера, но и количество материала и времени, которые затрачиваются на создание изделия», – объясняет он.

Для начала стоит рассказать о новом алгоритме PackMerger, разделяющем изделие на части, которые потом можно склеить между собой. В качестве примера Бенес приводит процесс изготовления модели Арки в Сент-Луисе.

«Наш алгоритм разрезает изделие на небольшие элементы, которые располагаются на платформе для печати», – рассказывает Бенес.

Трехмерная модель автоматически разделяется на несколько сегментов, которые потом можно легко собрать и склеить. При этом общее время печати сокращается с 13,5 часов до 9,5 часов (экономия 30%), а количество поддерживающего материала – с 351 г до 229 г (экономия 34%). Процесс оптимизации занимает примерно 1 минуту, а сборка готового объекта – 15 минут.

Алгоритм выбирает наиболее компактный способ расположения элементов изделия, используя тот же принцип, что игрок в «Тетрисе», где нужно собрать горизонтальную линию из кирпичиков без пропусков.

Объект, размеры которого превышают размеры платформы (см. фото) (a) был автоматически разбит на отдельные элементы, которые уместились на платформе; (b) напечатан за один сеанс; (с) собран менее чем за 5 минут.

Алгоритм позволяет принтеру печатать сегменты настолько близко друг к другу, насколько это возможно. Благодаря этому поддерживающий материал практически не требуется, что экономит время и средства. Потом элементы разделяются и собираются. Иногда алгоритм даже располагает элементы внутри друг друга, чтобы сэкономить место.

С исследованием, в котором подробно описываются алгоритм PackMerger, можно ознакомиться по этой ссылке.

Кроме того, исследователи разработали еще один алгоритм, который тоже позволяет тратить меньше поддерживающего материала, сокращает общее время печати в среднем на 30%, а количество потребляемого материала – на 40%.

Новые программно-реализованные алгоритмы экономят время и материал, необходимые для изготовления трехмерных объектов. В этом примере колесо слева было изготовлено с применением обычной программы, а справа – с помощью новых алгоритмов.

Прежде чем позволить принтеру приступить к печати объекта, алгоритм просчитывает, как лучше всего разместить его на платформе, чтобы сократить количество поддерживающего материала до минимума.

«Компьютер автоматически вращает объект во всех возможных направлениях, подбирая максимально выгодное положение», – объясняет Бенес.

Объект, напечатанный при помощи обычной программы для MakerBot Replicator 2 a) и количество оставшегося поддерживающего материала. b) Наш вариант c) позволяет сократить количество поддерживающего материала d) сокращает время печати и повышает качество готового изделия.

Поддерживающие структуры размещаются только в определенных местах, формируя своего рода каркас, который вполне успешно поддерживает выступающие части. Данный алгоритм использует «геометрический» метод и не требует от пользователя каких-либо знаний о структуре или физических свойствах материалов.

«Главное преимущество геометрического подхода в том, что он экономит время, деньги и поддерживающий материал», – заявляет Бенес.

Все результаты работы исследователей подробно описаны в статье «Умная поддержка: формирование эффективной поддерживающей структуры для трехмерной модели», которую можно найти по этой ссылке.