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新算法出现,3D打印机更上一层楼
  • 2017/12/8 9:44:48
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:电脑报
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【电脑报在线】无论在哪种形式的媒体上,从不缺乏3D打印的新闻,从人体器官打印到建筑打印,再到飞机梁骨打印,3D打印这个黑科技,正在改变着一切

      无论在哪种形式的媒体上,从不缺乏3D打印的新闻,从人体器官打印到建筑打印,再到飞机梁骨打印,3D打印这个黑科技,正在改变着一切。但回到现实生活中,对于3D打印机、打印服务和产品,却是难得一见。3D打印颇有点叫好不叫座的感觉,那么不愠不火的3D打印,何时才能普及呢?最近出现的“FBS振动补偿”新算法让人看到了希望。

 

新算法出现,3D打印快速发展

      前不久,美国密歇根大学机械工程系助理教授Chinedum Okwudire的智能与可持续自动化研究实验室(SSARL)开发出了一种名为“FBS振动补偿”的新算法,在不需要升级硬件的情况下,可以将桌面级FDM(熔融沉积)3D打印机的打印速度提高1倍,同时对提高打印质量也有较大的帮助。

      那么“FBS振动补偿”算法是怎么做到不需要增加硬件,就可实现速度和质量的双提升了?我们知道,3D打印有光固化、数字光处理和熔融沉积等多种方式,而在民用领域,熔融沉积是最为常见的方法,其工作原理是将熔融后的打印材料,通过喷嘴快速喷射到预定位置,在经过一层层的熔融材料堆积后,所需要的打印实物也就形成了,但这样快速喷射物质流,会使得打印主体产生一定幅度的振动,而喷射时的反作用力,同样会让喷头产生振动和移位。这样就带来两个问题:首先,设备需要复位喷头才能继续打印,这样就导致了打印速度降低,其次会影响到喷射物质的定位,这就直接影响到了打印介质的定位,从而影响打印精度,甚至造成打印失败。尤其是低端3D打印机,由于市场定位与价格的限制,打印机不可能使用高精度、高强度的机械结构,这样振动对打印速度、精度的影响将加倍提升。这不仅可能导致打印失败,也让不少3D打印机在硬件性能成倍提升后,实际打印速度和打印精度并没有得到相应的提升。

      而开发出的FBS算法正是为了补偿振动对打印速度和精度造成的影响。该算法在打印前,首先预测该次打印时所发生的振动对喷头和打印样品产生的影响,从而得到喷头和样品的偏移差,此时打印机喷头并不进行复位操作,而是根据计算出来的偏移量,就近寻找是否有需要打印的打印点,并调整打印机进行相应的运动。这样不仅可以就近进行相应的打印,同时尽可能让本次打印形成的振动方向与上次打印相反,以最大程度抵消振动,这样可以尽可能减小多次振动堆积造成的打印精度误差。

 

未使用FBS算法导致的打印失败(左)与使用FBS算法缩短一半时间后的成功打印品(右)

 

      经过多次打印的实践证明,在使用FBS算法后,不仅可以大大降低3D打印的失败几率,还能提高打印精度。比如,使用FBS算法后的3D打印机,将美国国会大厦模型的打印时间由原来的4小时降低到2小时,而且打印精度提高,打印成功率也提升了。

      在日常生活中,多数人关注的是新产品硬件性能的提升,那么在3D打印机上,一个算法的进步为什么会引起我们的特别关注呢?实际上,在一个新产品问世并引起关注,随后进行的往往是硬件厂商的投入,专用芯片、专属解决方案和专业配套产品等,在较长一段时间内,都是推动这一产品进步的主要动力。但在这一时期,由于解决方案和实现方法的差异化,以及硬件性能的不足,很难用算法来对产品进行优化。只有在经过市场的淘汰和优选、产品的实现方式趋同后,并在硬件方式出现瓶颈时,算法优化才可能发挥出应有的优势。因此,优化算法的提出和实现,往往是一个产品开始步入成熟稳定期标志,在这一阶段,产品架构稳定、软硬件结合将推动产品性能有较大突破。而FBS算法的出现,在一定程度上意味着3D打印机将在近些年步入成熟稳定的发展时期。

 

3D打印机在高端应用领域大展神威

      那么,目前3D打印机在哪些领域正在发挥重大作用呢?熟悉军事领域的朋友都知道,我国最新的歼-20在机身主框架制造上,已经使用了3D打印的钛合金构件,这让歼-20的主框架在重量与强度上达到了最佳平衡。而在医疗领域,3D打印也越来越重要,在实验室已经打印出骨骼、器官、皮肤、血管等各种人体器官。

本文出自2017-12-11出版的《电脑报》2017年第48期 A.新闻周刊
(网站编辑:pcw2013)


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