研究員開發出無需使用支撐結構的多軸機器人3D打印系統

      為期五天的世界上最大的計算機圖形和交互技術會議-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、增強現實、拓撲優化和3D掃描。今年，代爾夫特理工大學（TU Delft）也展示了新項目的研究成果。

      由代爾夫特理工大學設計工程系先進制造教授兼主席Charlie CL Wang博士領導的研究團隊發表了一篇論文，標題為“Support-Free Volume Printing by Multi-Axis Motion”，并在論文中概述了最新研究成果。 據悉，該論文將于最近在ACM Transactions on Graphics期刊上發表。

      代爾夫特理工大學研究人員與中國清華大學和法國計算機科學與自動化研究所（INRIA）的研究人員合作，并在這篇論文中解釋了團隊如何開發出一種新的機器人3D打印技術，該技術能夠自動創建用于制造刀具路徑的一個沒有使用支撐結構的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建室內，以便減少模型對支撐結構的需求。我們針對來自多軸3D打印的刀具路徑規劃挑戰的策略是執行兩個連續的分解，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化體積內表面制造順序的標量場來實現的。該字段受到限制，使得其等值代表從下面支撐的曲面層，并呈現凸面以提供打印頭的無碰撞導航。在提取所有曲面圖層之后，考慮到機器人打印系統的約束，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，合作研究團隊開發出了世界上第一種能夠監控機器人系統的算法，該系統通過使用彎曲的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，大多數商業3D打印系統實際上使用2.5D制造，其中材料沿著固定方向在平面上逐層堆積，這降低了開發成本和復雜性，但使得支撐結構的使用成為必要。

      沒有人真的想要處理支撐結構-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。我們的技術基于這樣的觀察，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，可以連續減少問題的維數。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域。考慮到硬件限制，曲面圖層會覆蓋工具路徑。“

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

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