Professore dell’università del Michigan riesce a raddoppiare la velocità di stampa 3D usando un algoritmo di riduzione delle vibrazioni
Il laboratorio di ricerca intelligente e sostenibile dell’automazione di Chinedum Okwudire, professore associato di ingegneria meccanica all’Università del Michigan, ha sviluppato un algoritmo software chiamato “Compensazione di vibrazioni FBS” che effettua effettivamente il raddoppio della velocità nella stampa 3D.
La stampa 3D consumer ha fatto qualcosa che poche persone avrebbero pensato possibile qualche decennio fa: ha messo alla portata delle persone comuni la stampa 3d al prezzo di una nuova televisione.
Ma nonostante la ricchezza di opzioni di stampa 3D desktop, all’interno della categoria FDM la stampa 3D a livello di hobbista ha le sue limitazioni.
La velocità è senza dubbio una di queste . Anche se le stampanti FDM 3D desktop possono stampare più velocemente di quanto non potessero fare qualche anno fa, ci sono ancora alcune caratteristiche fondamentali di stampanti 3D compatte che mettono limiti alla loro velocità.
È interessante notare che non è velocità del motore che rende le stampanti 3D desktop più lente rispetto alle loro controparti industriali. Poiché, mentre alcuni standard hardware desktop possono operare teoricamente a velocità molto elevate, fattori difficili da controllare come le vibrazioni rendono impossibile implementare tali velocità in pratica.
Ciò è dovuto al fatto che le stampanti 3D desktop sono realizzate con componenti leggeri, cosa che funziona a loro vantaggio in alcuni aspetti, come la portabilità e il costo, ma ciò significa che non sono ben attrezzate per resistere alle vibrazioni generate dal movimento.
Ciò significa che una eccessiva velocità di stampa 3D può portare a errori attorno alla testina di stampa causati dalle vibrazioni .
Il laboratorio di Chinedum Okwudire dell’Università del Michigan sta cercando di risolvere questo problema, sviluppando una tecnica di compensazione software che anticipi e attenui la vibrazione prima che si verifichi la vibrazione stessa, bloccando efficacemente il problema alla sua fonte.
La tecnica è conosciuta come “compensazione delle vibrazioni B-spline (FBS) filtrate” e utilizza una conoscenza a priori di una dinamica della stampante 3D per attenuare i problemi di vibrazione. Ciò consente alla macchina di stampare più velocemente senza incorrere in errori.
“La compensazione software non è una nuova tecnica, ma la sfida è come impiegarla in modo efficace, robusto e versatile”, spiega Okwudire.
E con l’algoritmo FBS che funziona in modo efficace in laboratorio, Okwudire e la sua squadra pensano che questo potrebbe essere un mezzo altamente conveniente per spremere quei bit extra di succo da una stampante 3D desktop a basso costo.
“La cosa fantastica nell’utilizzare la compensazione del software è che in qualche modo è gratuita” dice Okwudire, contrastando la tecnica intelligente con altre opzioni come investire in componenti fisici di elevata qualità.
Un test condotto dal laboratorio ha coinvolto la stampa 3D di un modello del Capitol Building, con e senza l’algoritmo FBS.
In primo luogo, il modello è stato stampato senza FBS usando “livelli di accelerazione conservativi” ea velocità di 60 mm / s, una simulazione di come si potrebbe evitare problemi di vibrazione senza avere accesso ad un algoritmo di riduzione delle vibrazioni. Ciò significava che era necessario un tempo di stampa di 3 ore e 59 minuti.
Successivamente, i ricercatori hanno tentato di stampare il modello, ancora a 60 mm / s, ma con livelli di accelerazione di 10 volte più elevati. Eseguirono questa stampa con e senza l’algoritmo FBS, che richiedeva 2 ore e 6 minuti per ciascuno. Mentre la stampa FBS-assistita è risultata perfetta, la stampa non supportata ha fallito in modo comico. I ricercatori hanno anche trovato il limite per questa stampante, cioè potrebbero spingere l’accelerazione a 20x senza compromettere la qualità di stampa.
I test preliminari sono particolarmente promettenti per la tecnica FBS, i ricercatori dell’Università del Michigan vogliono capire completamente come funziona la compensazione delle vibrazioni. Così facendo, dicono, permetteranno loro di mitigare ancora più a lungo la vibrazione indotta dal movimento, aiutandoli in ultima analisi a aumentare ulteriormente le velocità di stampa 3D.
“Stiamo andando in profondità nella matematica e nei fondamenti per capire meglio lo FBS e come applicarlo ancora più efficacemente”, afferma Okwudire, che crede che questa raffinatezza aiuterà il gruppo ad accogliere meglio l’incertezza nella vibrazione della stampante 3D.
Questa ricerca è in grado di cambiare potenzialmente il mercato e si sta preparando a lasciare l’università per affrontare il mercato. Okwudire sta pianificando colloqui con i produttori di stampanti 3D desktop che potrebbero essere interessati ad utilizzare il metodo FBS per migliorare la velocità, la precisione e l’affidabilità delle loro macchine. Attualmente sta lavorando per introdurre l’algoritmo FBS in firmware, come Marlin e Repetier, utilizzati su stampanti 3D desktop.
Il professor ha anche una visione più ampia per il futuro delle stampanti 3D desktop, macchine che egli dice possono “avere molti usi educativi e commerciali”.
Egli prevede un futuro in cui le stampanti 3D consumer utilizzeranno l’intelligenza artificiale e genereranno e raccoglieranno “Big Data” per migliorare le prestazioni. Lo scopo sarebbe per ogni stampante 3D di imparare dalle esperienze delle altre stampanti al fine di migliorare se stessa.
Tali stampanti 3D intelligenti potrebbero anche essere progettate per essere più flessibili e facili da usare, dotandole di “app” come degli smartphone. Queste applicazioni saranno progettate dagli utenti di tutti i giorni così come dalle aziende che producono le macchine, ed è questo tipo di coinvolgimento degli utenti che Okwudire pensa sia così promettente per la stampa 3D desktop.
“Quello che mi fa maggiormente apprezzare la stampa 3D desktop è che è un modello che si impone alla base e non ha bisogno di una punta, è una tecnologia bottom-up”, dice. “Tante idee provengono dall’ampia base di utenti entusiasti, che creano occasioni incredibili: rendere le stampanti 3D più versatili e facili da usare come gli smartphone di oggi”.
Okwudire’s è stato spesso riconosciuto per i suoi contributi alla ricerca. I suoi premi comprendono il Premio Young Investigator Award dell’ International Symposium on Flexible Automation, l’eccellente Outstanding Young Manufacturing Engineer Award dalla Society of Manufacturing Engineers, the Ralph Teetor Educational Award dalla SAE International, e l’ University of Michigan Mechanical Engineering Department Achievement Award, e il MLK Spirit Award.
