Исследование влияния параметров печати на результаты 3D-печати объектов сложной формы с целью оптимизации скорости

Актуальность работы
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью изготовления опытных образцов разрабатываемых 3D-моделей конструкторскими бюро, университетами, кафедрами, а также для ускорения процесса пуско-наладочных работ.
2

Цель работы
Сформулировать класс задач оптимизации параметров печати 3D-моделей с целью улучшения качества изделия.
3

Модель простой формы
Модель сложной формы
Примеры моделей для печати на 3D-принтере
4

Постановка задач
1. Разработать и модернизировать программно-аппаратный комплекс для печати трёхмерных объектов, включающий в составе 3D-принтер с программным обеспечением.
2. Разработать программно-аппаратный комплекс для сканирования трёхмерных объектов, на базе
3D-сканера.
5

Постановка задач
3. Сформулировать ограничения для параметров, влияющих на печать модели.
4. Сформулировать класс задач оптимизации параметров 3D-печати.
5. Опираясь на сформулированную функцию оптимизации параметров печати провести ряд экспериментов, определяющих оптимальные параметры.
6

Имитационная модель
7

Разработка аппаратного обеспечения
Структурная схема 3D-принтера
8

Внешний вид 3D-принтера
9

Схема алгоритма калибровки 3D-принтера
10

Схема алгоритма управления печатью 3D-принтера
11

Монтажная схема 3D-сканера
12

Внешний вид разработанного 3D сканера
13

Схема алгоритма калибровки 3D-сканера
14

Схема алгоритма сканирования 3D-сканера
15

16
Параметры влияющие на качество печати
Температура сопла экструдера
Температура нагревательного стола принтера
Диаметр сопла
Скорость печати
Количество микрошагов на 1 мм перемещения печатающей головки

17
Ограничения параметров влияющих на качество печати

18
Ограничения параметров влияющих на качество печати

19
Целевая функция оптимизации параметров печати трёхмерных объектов на 3D-принтере

Алгоритм поиска значений оптимальных параметров
в ручном режиме.
20
=

21
Алгоритм поиска значений функции оптимизации параметров печати на 3D-принтере

22
Алгоритм проведения эксперимента

23
Алгоритм получения результатов сканирования модели

Выбор значения оптимальных оптимальной температуры экструдера для печати 3D-модели
24
Значение оптимальной
температуры экструдера
1
2
3
4
5
1, 2, 3, 4 – номера проведённых экспериментов
5 – среднее значение параметра

Выбор значения оптимальной скорости печати
3D-модели
25
Значение оптимальной скорости печати
1, 2, 3, 4 – номера проведённых экспериментов
5 – среднее значение параметра
1
2
3
4
5

Выбор значения оптимального количества микрошагов при печати 3D-модели
26
Значение оптимального количества микрошагов на 1 мм
1, 2, 3, 4 – номера проведённых экспериментов
5 – среднее значение параметра
1
2
3
4
5

Выбор значения оптимального диаметра сопла
для печати 3D-модели
27
Значение оптимального диаметра сопла
1, 2, 3, 4 – номера проведённых экспериментов
5 – среднее значение параметра
1
2
3
4
5

Заключение
28
Для достижения цели, заявленной в теме работы, были решены следующие задачи:
1. Разработан программно-аппаратный комплекс на базе открытого проекта «Marlin», причём в аппаратную часть принтера были внесены модификации для улучшения качества печати.
2. Разработан программно-аппаратный комплекс для сканирования трёхмерных объектов, включающий 3D-сканер на базе открытого проекта Cyclop и открытого программного обеспечения «Horus».
3. Сформулированы ограничения для параметров, влияющих на печать модели.

Заключение
29
4. Сформулирован класс задач оптимизации параметров
3D-печати.
5. Используя сформулированную функцию оптимизации параметров печати проведён ряд экспериментов, которые определили значения оптимальных параметров, а именно:
Скорость печати – 60 мм/с;
Температура экструдера – 245 °C;
Диаметр сопла – 0,4 мм;
Количество микрошагов на 1 мм передвижения печатающей головки – 80 микрошагов.

Публикации
30
1. Метод настройки 3D-принтера и выбор оптимальных параметров для улучшения качества 3D-печати / А. В. Блохин, А. А. Сапилова, А. А. Приёмко [и др.]. – Текст : непосредственный // Информационные технологии в науке и производстве : материалы VI Всерос. молодеж. науч.-техн. конф.. – Омск : ОмГТУ, 2019. – С. 8-16.
2. Application of the Formal Order Analysis Method in Assessing the Degree of Compliance of Models of Three-Dimensional Objects / A. Fakhrudinov, D. Tyunkov, A. Gritsay [и др.]. – Текст : непосредственный // AIP Conference Proceedings. – 2019. – vol. 2141. – P. 050003-1–050003-9.
3. Применение метода формального анализа строя цепи при оценке степени соответствия моделей трехмерных объектов / А. Р. Фахрутдинов, Д. А. Тюньков, А. С. Грицай [и др.]. – Текст : непосредственный // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 9-й междунар. науч.-техн. конф.. – Омск : ОмГТУ, 2019. – С. 204-205.

Публикации
31
4. Блохин, А. В. Метод поиска оптимальных параметров печати 3D-модели / А. В. Блохин, С. В. Шабунин, П. Н. Абашкина. – Текст : непосредственный // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: Материалы национальной с международным участием научно-практической конференции. – Тюмень : ТИУ, 2019. – Т. 1. – С. 12-14.
5. Блохин, А. В. Печать трёхмерных объектов с использованием оптимальных настроек 3D-принтера / А. В. Блохин, А. А. Сапилова, П. Н. Абашкина. – Текст : непосредственный // Научно-практические исследования: Электронный журнал. – 2019. – № 8.3 (23). – С. 24-28.
6. Analyze and optimization parametrs for protatiping using 3d printer / A. V. Blokhin, A. S. Gritsay, A. A. Sapilova [и др.]. – Текст : непосредственный // MSTU 2020. – 2020. – vol. 1546.
7. Анализ и оптимизация параметров прототипирования с использованием 3D-принтера / А. В. Блохин, А. С. Грицай, А. А. Сапилова [и др.]. – Текст : непосредственный // Автоматизация в промышленности 2021. – 2021. – № 3.