研究員開發(fā)出無需使用支撐結(jié)構(gòu)的多軸機器人3D打印系統(tǒng)

      為期五天的世界上最大的計算機圖形和交互技術(shù)會議-SIGGRAPH 2018將于下周在溫哥華啟動。來自世界各地的許多研究團隊在會上展示他們的最新項目成果，包括3D形狀、增強現(xiàn)實、拓撲優(yōu)化和3D掃描。今年，代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）也展示了新項目的研究成果。

      由代爾夫特理工大學(xué)設(shè)計工程系先進制造教授兼主席Charlie CL Wang博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊發(fā)表了一篇論文，標(biāo)題為“Support-Free Volume Printing by Multi-Axis Motion”，并在論文中概述了最新研究成果。 據(jù)悉，該論文將于最近在ACM Transactions on Graphics期刊上發(fā)表。

      代爾夫特理工大學(xué)研究人員與中國清華大學(xué)和法國計算機科學(xué)與自動化研究所（INRIA）的研究人員合作，并在這篇論文中解釋了團隊如何開發(fā)出一種新的機器人3D打印技術(shù)，該技術(shù)能夠自動創(chuàng)建用于制造刀具路徑的一個沒有使用支撐結(jié)構(gòu)的3D模型。

      論文摘要寫道：“本文介紹了一種在配備多軸運動的機器人打印系統(tǒng)上制作3D模型的新方法。材料沿著彎曲的刀具路徑堆積在構(gòu)建室內(nèi)，以便減少模型對支撐結(jié)構(gòu)的需求。我們針對來自多軸3D打印的刀具路徑規(guī)劃挑戰(zhàn)的策略是執(zhí)行兩個連續(xù)的分解，即首先進行體積到表面，然后是曲面到曲線。體積與表面之間的分解是通過優(yōu)化體積內(nèi)表面制造順序的標(biāo)量場來實現(xiàn)的。該字段受到限制，使得其等值代表從下面支撐的曲面層，并呈現(xiàn)凸面以提供打印頭的無碰撞導(dǎo)航。在提取所有曲面圖層之后，考慮到機器人打印系統(tǒng)的約束，曲面到曲線的分解用刀具路徑覆蓋它們。我們的方法成功地為具有大懸挑和高屬性拓撲的3D打印模型生成刀具路徑。我們在我們的機器人平臺上編寫了幾個具有挑戰(zhàn)性的案例來驗證和展示其功能。“

      Wang教授解釋說，合作研究團隊開發(fā)出了世界上第一種能夠監(jiān)控機器人系統(tǒng)的算法，該系統(tǒng)通過使用彎曲的3D刀具路徑來制作一般的實體模型。研究團隊在該論文還闡述道，大多數(shù)商業(yè)3D打印系統(tǒng)實際上使用2.5D制造，其中材料沿著固定方向在平面上逐層堆積，這降低了開發(fā)成本和復(fù)雜性，但使得支撐結(jié)構(gòu)的使用成為必要。

      沒有人真的想要處理支撐結(jié)構(gòu)-一旦你的3D打印物脫離了打印平臺，將它們移除是一件麻煩的事情。但機器人3D打印系統(tǒng)具有更多的運動自由度，并且實際上可以改變打印過程中材料積聚的方向。

     研究人員在論文中寫道：“在本文中，我們提出了一種新的方法來解決多軸AM刀具路徑生成的挑戰(zhàn)。我們的技術(shù)基于這樣的觀察，首先，通過將體積分解成曲面層次序列，然后將每個曲面分解成曲線刀具路徑，可以連續(xù)減少問題的維數(shù)。我們的算法搜索無碰撞的累積序列，確保始終支持材料沉積，并且可以盡可能地打印所有區(qū)域。考慮到硬件限制，曲面圖層會覆蓋工具路徑。“

      據(jù)悉，論文的共同作者包括代爾夫特的Chengkai Dai、Wang教授；清華大學(xué)的Chenming Wu；INRIA的Sylvain Lefebvre；代爾夫特大學(xué)的Guoxin Fang；清華大學(xué)的Yong-Jin Liu。

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