Контроль динамики экструзии при трехмерной печати изделий

Зименко К.В., Афанасьев М.Я., Колесников М.В. Контроль динамики экструзии при трехмерной печати изделий // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 5. С. 929–940. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-929-940

Предмет исследования. Рассмотрен один из эффектов, возникающих при печати по технологии экструзии материала или послойного наплавления, который называется нежелательной динамикой экструзии. Этот эффект проявляется при больших ускорениях печатающей головки и приводит к наплавлению в углах деталей и неровностям печатного слоя. Чтобы минимизировать этот эффект, в современных системах управления применяются алгоритмы контроля динамики Advance. Однако такие недостатки как инертность, необходимость экспериментального определения степени компенсации, а также неопределенность влияния материала, геометрии сопла и параметров процесса печати на работу алгоритма не позволяют использовать данную группу решений в промышленных масштабах. Методы. Представлено исследование влияния следующих характеристик печати: типов материала и экструдера; температуры материала; геометрии слоя и сопла на проявление динамики экструзии путем проведения серии экспериментов. Тесты выполнены на трехмерном принтере Creality Ender 3. Полученные экспериментальные данные позволят расширить понимание влияния динамики экструзии при FDM-печати, а также найдут применение для модификации существующих алгоритмов управления динамикой. Представлена модификация алгоритма Advance на основе машинного обучения. Предложено внедрить алгоритм, содержащий две обученные модели нейронной сети. Одна модель предсказывает изменения направления движения печатающей головки для минимизации остаточных дефектов и повышения средней скорости печати. Вторая модель прогнозирует параметр компенсации для конкретных условий печати без необходимости ручной калибровки. Основные результаты. Предложена нейронная сеть, позволяющая определять параметр компенсации в зависимости от типа материала, толщины слоя, геометрии сопла и температуры печати. Обучение нейронной сети выполнено на основе экспериментальных данных. Разработанный алгоритм внедрен в алгоритм Linear Advance системы управления Marlin и протестирован на установке Creality Ender 3. Эксперименты показали, что разработанная модель способна успешно прогнозировать требуемую величину компенсации и может быть применена во время процесса печати. Практическая значимость. Предложенная модификация алгоритма Advance поможет облегчить и автоматизировать процесс компенсации динамики экструзии, что расширит возможности применения трехмерных принтеров в промышленных условиях. Полученный алгоритм может повысить точность и скорость печати, что впоследствии повысит экономическую независимость и конкурентоспособность малых проектных организаций и предприятий России, применяющих трехмерные принтеры. Полученные результаты работы расширят возможности быстрого прототипирования и обеспечат ускорение создания опытных партий.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License