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新3D列印演算法 大幅提升積層製造速度與效率

新演算法仍可採傳統平面沉積方式製作零件且無需支撐結構。Penn State University

積層製造(additive manufacturing)的功能強大且極具彈性,美國賓州州立大學(Penn State University)的研究人員開發的演算法,將電腦輔助設計(CAD)自動對應至先進的5軸(five-axis)列印機,運用自動化技術提升積層製造3D列印設備與程序的運作效率與速度。

據Design News報導,以傳統3軸列印機製作大型金屬零組件,可能耗時數日且支撐結構也會耗費許多材料。透過新演算法可在零件列印前先掌握設計者的計畫,還能評估運用免支撐(support-free)方式製作零件的可行性並回饋給設計者,進行後續修正或變動以避免浪費與降低成本,並實現製作自動化與提升效率。

5軸3D列印機的硬體發展已超前對應的設備控制軟體,現有的設計規劃與自動化軟體僅支援3軸列印機,因此5軸列印機目前還無法完全發揮其潛力。由賓州大學開發的自動化程序規劃軟體,可望彌補現有軟體的缺口,降低運用5軸積層製造設備列印零件所需的成本、設計、時間資源。

採用傳統3D列印機的積層製造為2D、逐層的材料沉積程序,缺乏旋轉能力且需要支撐結構,而移除支撐結構又需額外的成本與時間,尤其是金屬零件。5軸列印機除了可沿X、Y、Z平面線性移動,還能在這些平面間旋轉以改變物體的方向,因此無需支撐結構,可望提升列印效率與節約成本。

研究人員指出,該演算法能自動化製造設計的決策程序,簡化設計對應到積層製造設備的相關步驟、縮短零件製作時間,以達到按鍵(push-button)積層製造的目標,且因無需支撐結構所以材料用量更少,並讓5軸積層製造完全自動化而無需人工或重新設計產品。此外自動化也有助於在實際列印零件前先快速測試各種不同的應用場景。

新演算法類似組合樂高(Lego)積木,首先自動判斷欲列印的零件結構並分解成許多小部分,每個部分均可採平面沉積而無需支撐結構,接著安排每個部分的列印方向與順序,並須確保列印過程中各個部分不會彼此碰撞,搭配5軸列印機時由於能沿著軸旋轉以重新調整零件方向並繼續列印,因此仍可採傳統平面沉積方式製作且全程無需支撐結構。

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