Как сэкономить до 70% материала в процессе 3D печати

Стоимость материала все еще остается причиной, по которой 3D печать нельзя пока что назвать наилучшим способом производства. Когда вы заказываете печать своей 3D модели у компаний-специалистов по 3D печати, стоимость высчитывается на основе выбранного вами типа материала, а также его количества, использованного в процессе 3D печати.

Чтобы снизить стоимость материала, вы можете сделать свои дизайны полыми (пустыми изнутри) или создавать уменьшенную и пустую внутри версию 3D объекта, как это делает основная часть коммерческих принтеров.

Исследователи Университета науки и технологии Китая разработали автоматизированный и практичный метод генерации структурированной поверхности для 3D модели, чтобы сократить количество использованного материала и количество распорок в структуре. Структурированная поверхность генерируется по их алгоритму, геометрически приближенному к форме исходной модели. Она является гарантированно стабильной, геометрически приблизительной, и ее можно 3D напечатать. Далее цитируются материалы исследований.

Задача: С учетом исходной модели Лошади (a) метод генерирует структурированную рамочную  поверхность (b). Рамочная структура соответствует различным ограничениям по схеме оптимизации. В (b) мы убираем переднюю часть поверхности, чтобы продемонстрировать внутреннюю структурированную рамку. (c) это фотография напечатанной модели без покрытия, чтобы можно было увидеть ее внутреннюю структуру. (d) это фотография напечатанной модели, сгенерированной по нашему методу. Маленькая красная кнопка размещена возле объекта с целью указать размер (c) и (d) соответственно. Количество использованного материала в (d) равно 15.0% твердого цельного объекта.

Рамочная структура легкая по весу и широко используется в архитектуре, инженерии и строительстве.  Основная идея заключается в том, чтобы сделать объект полым путем создания легкой по весу рамочной структуры, состоящей из сетки узлов и тонких цилиндрических стоек с большими пустотами между ними внутри объекта. Рамка также имеет минимальное количество распорок, при этом имея похожую топологию.

Преимущество рамочных структур в 3D печати заключается в двух аспектах. Во-первых, можно значительно снизить вес объекта путем использования рамочных структур, при этом сохранив прочность и жесткость, это приведет к снижению стоимости 3D печати. Во-вторых, рамочные структуры предоставляют значительную гибкость и разнообразие, таким образом, они соответствуют различным требованием 3D печати.

Исследователи разрабатывают схему оптимизации, чтобы минимизировать объем рамки объекта, при этом сохранив такие свойства как жесткость, стабильность, геометрическую приблизительность, баланс и возможность печати.

Обзор нашего алгоритма. С учетом исходной модели (a), наш метод генерирует структурированную рамочную  поверхность (b). Наш алгоритм проводит поочередно оптимизацию топологии (с) и оптимизацию формы (г). Распорки в  (b), (c), и (d) показаны в цвете, чтобы продемонстрировать их радиус. Объемы рамок в (b) и (d) составляют 3.790e4 и 2.875e4 мм3 соответственно. Норма экономии рамки составляет примерно 24%. В примере внешняя сила 5н загружена вертикально в обратную сторону от верхней части модели.

Модель Свисающего шара в нижнем ряду имеет меньшую основу, по сравнению с верхним рядом. Для модели с меньшей основой наш алгоритм производит более прочные опоры на вертикальной стойке в правой части, нежели распорки в верхнем ряду, в связи с ограничениями балансировки. Фотографии рамки и печатных объектов с использованием порошкового струйного принтера показаны в (b) и  (c), соответственно.

Печатные объекты с использованием порошкового струйного принтера производятся по нашему алгоритму. Слева на право: Истребитель, ТВ-пришелец, Лягушка-рыболов и голова Будды.  Верхний ряд показывает соответствующие результаты на половину с покрытием и на половину из рамки. Наибольшая длина ограниченной рамки каждого объекта составляет 200 мм. Маленькая красная кнопка размещена возле объекта с целью наглядно показать его размер.

Смарт-дизайн поддержки

Исследователи также изучили дизайн материальной поддержки и предложили схему для разработки структуры поддержки, добавив несколько дополнительных стоек, чтобы рамку можно было напечатать при использовании минимального количества поддерживающего материала (см. примеры ниже):

FDM 3D принтерам необходимы дополнительные поддерживающие структуры, чтобы напечатать объекты. Слева: готовая печатная модель с дополнительной поддерживающей структурой, сгенерированной коммерческой программой; справа: готовая печатная модель с поддерживающей структурой, сгенерированной по алгоритму исследователей.

Научная работа исследователей под названием  "Cost-effective Printing of 3D Objects with Skin-Frame Structures" (Экономически эффективная печать 3D объектов с рамочной структурированной поверхностью) была одобрена на конференции SIGGRAPH Азия 2013, которая проходила в Гонконге в Выставочном Центре Гонконгской Конвенции с 19 по 22 ноября 2013 года. По словам Жоуванг Яна, профессора в области математики, а также соавтора научной работы, этот метод снижает вес дизайна и экономит до 70% материала.



Представляем Kayan: эксклюзивный 3D печатный абажур для Plumen

United Nude представляет коллекцию 3D печатной обуви от Захи Хадид и Бена ван Беркеля

Алексис Уолш представляет новую модную коллекцию LYSIS Collection, созданную с помощью 3D печати