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Universiy Michigan verdoppelt Druckgeschwindigkeit mit FBS-Algorithmus

Auf 24. Oktober 2017 von Moritz M. veröffentlicht
FBS-Algorithmus

Das Forschungslabor der Universität Michigan namens Smart and Sustainable Automation Research Lab, das sich mit intelligenter und nachhaltiger Automatisierung beschäftigt, hat einen FBS-Algorithmus entwickelt, der den 3D-Druck deutlich beschleunigen kann. Das Team des Associate Professors für Maschinenbau, Chinedum Okwudire, hat den Algorithmus „FBS Vibration Compensation“ vorgestellt, der das Problem des stundenlangen Wartens auf das fertig gedruckte Objekt deutlich verkürzen kann.

FBS-Algorithmus

Associate Professor Chinedum Okwudire von der Universität Michigan

Obwohl sich die Desktop 3D-Drucker mit Schmelzschichtung in den vergangenen Jahren hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit verbessert haben, so gibt es doch immer noch Eigenschaften der 3D-Drucker, die deren Druckgeschwindigkeit deutlich beeinflussen und verlangsamen. Diese Desktop Drucker bleiben nicht nur hinsichtlich der Geschwindgkeit des Motors hinter den Modellen in der Industrie zurück. Zwar gibt es einige Desktop 3D-Drucker, deren Hardware in der Theorie mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten könnte, doch hindern beim Druck entstehende Vibrationen, diese Geschwindigkeit in der Praxis auch zu erreichen.

Dies ist dem geschuldet, dass Desktop 3D-Drucker mit leichteren Komponenten zusammengebaut werden, um ein leichteres Gewicht zu ermöglichen und die Kosten zu senken, was auf der anderen Seite dazu führt, dass sie nicht gegen bewegungsinduzierte Schwingungen resistent sind. Dies bedeutet in der Praxis, dass diese Schwingungen oder Vibrationen den Drucker daran hindern, schneller zu drucken und das Druckergebnis bisweilen verschlechtern.

Chinedum Okwudire hat eine Software entwickelt, welche die Vibrationen antizipiert und abdämpft, bevor diese überhaupt auftreten, sodass das Problem bereits bei der Entstehung beseitigt wird. Diese Software beziehungsweise Technik ist unter der Bezeichnung „filtered B-splines(FBS) Vibration Compensation“ bekannt. Okwudire erklärte, dass die Vibration Compensation an sich nicht neu sei, aber die Herausforderung darin bestünde, diese Technik effektiv, robust und vielseitig einsetzbar zu machen. Bislang habe die FBS-Technik gut in Experimenten funktioniert, sodass die Forscher davon ausgehen, damit hierdurch kostengünstig ein noch besseres Druckergebnis erzielt werden könnte. Diese Technik hat den Vorteil, dass sie im Vergleich zu Hardwarekomponenten deutlich preiswerter ist.

Die Anwendung des FBS-Algorithmus lieferte im Labor folgende Ergebnisse:

FBS-Algorithmus

3D-gedrucktes Kapitol ohne FBS-Algorithmus

FBS-Algorithmus

3D-gedrucktes Kapitol mit FBS-Algorithmus

Die Forscher druckten ein Modell des Kapitols bei 60 mm/s und recht hohen Beschleunigungswerten. Der FBS-Algorithmus benötigte 2 Stunden und 6 Minuten. Während der FBS-unterstützte Druck perfekt ausfiel, scheiterte der nicht vom FBS-Algorithmus unterstützte Druck und lieferte extreme Schichtverschiebungen. Die Forscher fanden sogar heraus, dass sie die Beschleunigung  verzwanzigfachen könnten, ohne die Druckqualität zu beeinträchtigen.

In naher Zukunft plant Okwudire Gespräche mit Herstellern von Desktop 3D-Druckern, denen dieser FBS-Algorithmus dabei weiterhelfen kann, die Geschwindigkeit, die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit von 3D-Drucker zu verbessern.

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Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie auf der Website des Smart and Sustainable Automation Research Labs beziehungsweise in dem wissenschaftlichen Paper mit dem Titel „A limited-preview filtered B-spline approach to tracking control–Wit happlication to vibration-induced error compensation of a 3D printer“

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