近日，密歇根大學(xué)智能可持續(xù)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室(S2A) 開(kāi)發(fā)了可以使桌面3D打印機(jī)的速度提高一倍的的算法。該技術(shù)使用過(guò)濾B樣條(FBS)算法來(lái)調(diào)整打印機(jī)的控制，并在打印機(jī)加速時(shí)減輕不必要的振動(dòng)。

11月1日發(fā)布了一個(gè)視頻 演示，展示了在 HICTOP Prusa i3上打印的美國(guó)國(guó)會(huì)大廈的一個(gè)小型模型。模型最終以60 mm / s的進(jìn)給速度和1 m / s ^ 2的加速度極限完成了四個(gè)小時(shí)。對(duì)于第二次測(cè)試，他們提高了打印速度，并顯示了一個(gè)模型如何被打印機(jī)振動(dòng)增加完全破壞，另一個(gè)模型在振動(dòng)補(bǔ)償算法的幫助下，在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)成功完成，而質(zhì)量不變。這個(gè)視頻獲得了3D打印界的關(guān)注。

Hackaday收到了一些提示后， 接受了挑戰(zhàn)，以重現(xiàn)視頻中顯示的實(shí)驗(yàn)。正如湯姆·納迪(Tom Nardi)解釋的那樣，他們的目標(biāo)是找出在維護(hù)良好的桌面3D打印機(jī)上打印相同的基準(zhǔn)部件需要多長(zhǎng)時(shí)間。在不知道確切的比例因子，層高或最初使用的填充百分比(后來(lái)顯示為50%的比例，0.1mm的層高和25%的填充)的情況下，他們?cè)噲D通過(guò)計(jì)算視頻中使用的設(shè)置來(lái)復(fù)制測(cè)試小小的誤差。

皮帶振動(dòng)從基準(zhǔn)測(cè)試

基線模型用于密歇根大學(xué)的測(cè)試

知道密西根大學(xué)在視頻中使用了HICTOP Prusa i3，他們?cè)跈C(jī)器上使用了可識(shí)別的部件，并將它們與模型進(jìn)行比較。他們使用HICTOP打印機(jī)上的可見(jiàn)加熱塊作為參考，打印機(jī)的清晰側(cè)視圖使他們可以確定比例因子約為60%。

然后，通過(guò)使用正在進(jìn)行的視頻中的靜止圖像，他們通過(guò)比較不同填充百分比的切片器層視圖來(lái)估計(jì)填充百分比，并得出15-20%。他們決定使用一個(gè)2毫米的層高，然后進(jìn)行測(cè)試。

使用加熱塊來(lái)計(jì)算打印的比例因子

在密歇根州的打印視頻顯示切片機(jī)中20%的填充

模型完成只需要1小時(shí)20分鐘。這接近密歇根大學(xué)加速測(cè)試的一半時(shí)間，這個(gè)時(shí)間是用振動(dòng)補(bǔ)償算法輔助的，大約比基準(zhǔn)測(cè)試快四倍。即使考慮估計(jì)參數(shù)的誤差范圍，Hackaday同行評(píng)審和兩小時(shí)算法輔助打印之間仍然存在顯著差異。

盡管經(jīng)過(guò)精細(xì)調(diào)整的臺(tái)式3D打印機(jī)能夠以比視頻中顯示的速度更快的速度進(jìn)行打印，但測(cè)試的目的不是為了使“標(biāo)準(zhǔn)打印”的速度最快。相反，我們的目標(biāo)是展示振動(dòng)補(bǔ)償算法如何提高3D打印機(jī)的速度和加速度，這一切都是相同的。假設(shè)打印機(jī)的速度受到振動(dòng)的限制，如果將算法安裝在Hackaday同行評(píng)審中使用的3D打印機(jī)上，并且所有設(shè)置保持不變(比例尺：60%，填充率：20%，圖層高度：0.2 mm)就能以更快的速度打印零件 - 這樣一來(lái)，如果沒(méi)有算法，通常會(huì)由于增加的振動(dòng)而導(dǎo)致打印失敗。

Chinedum Okwudire教授為了從源頭上了解更多對(duì)這種情況做了一些了解：

“有些人似乎誤解了我們的工作(以及我們視頻中提到的4小時(shí)的案例研究)，顯示了”標(biāo)準(zhǔn)“桌面打印機(jī)對(duì)Capitol部件的最快打印速度。這是一個(gè)非常錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。打印時(shí)間高度取決于打印機(jī)和用于打印的參數(shù)。當(dāng)然，一個(gè)100秒的視頻不能給出完整的背景，“他告訴Hackaday與我們分享的完整評(píng)論。

“我們工作的重點(diǎn)是展示振動(dòng)補(bǔ)償如何提高3D打印機(jī)的可達(dá)到的速度和加速度，相對(duì)于沒(méi)有振動(dòng)補(bǔ)償?shù)那闆r，所有這些都是平等的。我們并沒(méi)有聲稱沒(méi)有振動(dòng)補(bǔ)償，我們不能在給定的3D打印機(jī)上比我們的視頻中顯示的具體情況更快地打印Capitol部分。但是，有了這樣的機(jī)會(huì)，在振動(dòng)補(bǔ)償?shù)那闆r下，在沒(méi)有振動(dòng)補(bǔ)償?shù)那闆r下，它們能夠在同一臺(tái)打印機(jī)上打印得更快，而且所有的東西都是平等的。對(duì)于我們的4小時(shí)“標(biāo)準(zhǔn)”打印不是最好的(甚至在視頻中使用的特定打印機(jī))。

在所有情況下都使用相同的條件，因此其結(jié)果匯總不會(huì)簡(jiǎn)單地通過(guò)縮放數(shù)字來(lái)改變。人們可能會(huì)問(wèn)的一個(gè)更重要的問(wèn)題是為什么他們選擇使用四小時(shí)打印作為“標(biāo)準(zhǔn)打印”，而不是2小時(shí)41分鐘的打印。根據(jù)Okwudire教授的說(shuō)法，他們發(fā)現(xiàn)一般的3D打印機(jī)用戶對(duì)打印速度和加速度通常比較保守：

“我們從許多博客中發(fā)現(xiàn)，為了避免部件損壞或表面質(zhì)量不佳，人們通常在HICTOP Prusa i3等高振動(dòng)打印機(jī)上使用速度約為40 mm / s和/或加速度在1 m / s ^ 2左右的打印機(jī)。因此，即使經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，部件可能會(huì)以更高的速度和加速度打印而不會(huì)失敗，但許多非技術(shù)用戶在博客中提到，他們寧愿保守，以確保始終獲得可靠的打印效果。

Okwudire教授和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步確信，大多數(shù)桌面3D打印機(jī)的運(yùn)行速度比他們收到全新的LulzBot TAZ 6時(shí)所能達(dá)到的速度要慢，并且注意到打印機(jī)出廠設(shè)置的加速極限是保守的0.5 m / s ^ 2。

“我們認(rèn)為加速度限制是在工廠保守設(shè)定的，以減少在打印過(guò)程中發(fā)生故障的零件的可能性。毫無(wú)疑問(wèn)，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，人們可以以高于0.5m / s ^ 2的加速度進(jìn)行打印，但是很少有人可以在極限條件下操作。這就是為什么在我們的示例視頻中，我們對(duì)沒(méi)有振動(dòng)補(bǔ)償?shù)那闆r和振動(dòng)補(bǔ)償情況(因?yàn)槲覀冋J(rèn)為這更現(xiàn)實(shí))強(qiáng)加了保守的加速度。一個(gè)喜歡修補(bǔ)和推動(dòng)極限的技術(shù)人員可能很好地測(cè)試一個(gè)部分，直到他們達(dá)到打印機(jī)的性能極限，但普通用戶通常不這樣做，“他向我們解釋說(shuō)。

在提交給3D打印社區(qū)的詳細(xì)結(jié)果中，使用HICTOP Prusia i3(視頻中顯示)的測(cè)試被標(biāo)記為保守的情況。但是，Okwudire教授也談到了一個(gè)激烈的情況，那就是沒(méi)有振動(dòng)補(bǔ)償算法的打印機(jī)非常接近極限。在這種情況下，節(jié)省的時(shí)間仍然超過(guò)31%。

此外，需要注意的是，即使在60毫米/秒的進(jìn)給速度和30米/秒^ 2的加速度極限下，我們的任何帶有FBS的打印件都不會(huì)失效。這意味著很多應(yīng)用案例可以節(jié)省更多的時(shí)間。我們一直在試圖在HICTOP打印機(jī)上找到有關(guān)FBS情況的限制。我們最近的結(jié)果表明，我們可以以60毫米/秒和120毫米/秒的進(jìn)給速度，以及50米/秒^ 2的加速度進(jìn)行打印，而不會(huì)出現(xiàn)打印失敗。查看下面的結(jié)果(同樣使用0.1毫米的層高，25%的填充率和50%的比例)。

加速打印測(cè)試

一位觀眾指出打印機(jī)松動(dòng)的皮帶張力后，回應(yīng)了對(duì)YouTube視頻的評(píng)論，Okwurdire教授寫道：

“你說(shuō)得對(duì)，增加皮帶張力在一定程度上減少了振動(dòng)問(wèn)題。然而，較高的皮帶張力也增加了電機(jī)必須克服的摩擦力矩，這總是降低了可達(dá)到的速度和加速度(因?yàn)槟Σ吝h(yuǎn)離有用的電機(jī)轉(zhuǎn)矩)。高摩擦也會(huì)增加磨損。有趣的是，F(xiàn)BS振動(dòng)補(bǔ)償允許在高速/加速下獲得高質(zhì)量的打印品，而不需要高的皮帶張力。視頻中的打印機(jī)是HICTOP Prusa i3，它不是最高質(zhì)量的，可能隨著時(shí)間的推移慢慢失去了皮帶張力。我們還測(cè)試了一個(gè)全新的Lulzbot Taz 6算法，我們注意到比HICTOP Prusa i3有更高的皮帶張力(和摩擦力)。使用我們的算法，我們能夠更快地打印。https://umich.box.com/s/ram468peq4a3wxu0hl9jdusvphj4z0gi “

通過(guò)在全新的LulzBot TAZ 6上進(jìn)行額外的測(cè)試，它進(jìn)一步驗(yàn)證了算法在所有東西保持相同的情況下能夠提高打印速度。

振動(dòng)補(bǔ)償算法在全新的TAZ 6上測(cè)試

Okwudire教授在被鏈接的文件中質(zhì)疑中間打印質(zhì)量時(shí)提供了額外的評(píng)論：

“... Lulzbot中間打印和右側(cè)打印達(dá)到預(yù)期的100毫米/秒(因?yàn)樗鼈冇凶銐虻募铀俣?- 1克)。它們之間的唯一區(qū)別，以及為什么中間打印品具有可怕的表面質(zhì)量，是存在振動(dòng)。中間和右側(cè)打印品之間的所有內(nèi)容都是相同的，只是中間的打印品不使用FBS，右側(cè)的印刷品也是這樣?！?/span>

Okwudire教授和他的團(tuán)隊(duì)目前正在努力將算法集成到Marlin中，并且在不久的將來(lái)他們也很樂(lè)意集成到其他固件中。他們也已經(jīng)和合作伙伴一起向他們發(fā)送了打印機(jī)來(lái)測(cè)試算法：

“正如我們已經(jīng)注意到的，在不同的打印機(jī)上測(cè)試時(shí)，仍然有很多我們不知道算法的性能如何。我們測(cè)試的打印機(jī)越多，我們就能找出更多的問(wèn)題并修復(fù)它們。這也將使我們更清楚地了解算法在各種打印機(jī)上可以做什么和不可以做什么?！?/span>

當(dāng)被問(wèn)及關(guān)于工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)的測(cè)試時(shí)，Okwudire教授表示他們還沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行任何測(cè)試，但他們對(duì)這個(gè)想法持開(kāi)放態(tài)度。他們還想在其他工業(yè)機(jī)器上進(jìn)行測(cè)試，如激光切割機(jī)，數(shù)控機(jī)床等。他指出，軟件不僅僅是3D打印機(jī)，事實(shí)上，創(chuàng)建軟件的想法是從高端開(kāi)始的數(shù)控機(jī)床遭遇嚴(yán)重的振動(dòng)問(wèn)題，限制了其速度和精度。