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無支撐打??!開源4軸桌面3D打印機(jī)ROTBOT

魔猴君  行業(yè)資訊   803天前

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最近,據(jù)魔猴網(wǎng)了解,瑞士溫特圖爾的應(yīng)用科學(xué)大學(xué)開了一款名為RotBot3D打印機(jī),它是一臺經(jīng)過改進(jìn)的 Prusa MK3,帶有一個 DUET 控制板,它有一個完全可旋轉(zhuǎn)的 45° 傾斜打印頭,能夠在沒有任何支撐的情況下打印懸垂的結(jié)構(gòu)。Michael Wüthrich 是大學(xué)的講師之一,他和他的團(tuán)隊(duì)一起建造了 RotBot。這臺機(jī)器展示了真正的多軸打印的外觀和使用它可以實(shí)現(xiàn)的效果,而且工具頭的設(shè)計(jì)文件作為用于切片的腳本,是完全開源的。

RotBot 打印零件

RotBot 并不是他們第一次嘗試多軸 3D 打印,因?yàn)?/span>Michael的前任 Elspass 教授和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建造了一個復(fù)雜的6 delta 打印機(jī)稱為 MaxBot,用于類似的工作。RotBot 明顯更簡單,它的核心是帶有 45° 噴嘴的可旋轉(zhuǎn)打印頭。頂部有一個 E3D Hemera 擠出機(jī),它將通過具有空心軸的步進(jìn)電機(jī)引導(dǎo)的絲材送入滑環(huán),滑環(huán)使所有線材不會纏結(jié),從而可以完全自由旋轉(zhuǎn)熱端和它也作為一個額外的軸承。然后是稍微修改的 V6 散熱器和 45° 加熱塊和噴嘴,這基本上是這個版本中唯一真正的定制的部分。他們選擇了 DUET 控制板,控制板易于配置,并且確實(shí)為第 4 運(yùn)動軸配備了額外的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。為了增加間隙,他們不得不去掉熱床傳感器,它現(xiàn)在用于歸位旋轉(zhuǎn)軸,以及一個簡單的微動開關(guān)歸位 z。

RotBot 工具頭的剖面圖 

然而,硬件只是一部分,也是多軸非平面 3D 打印中最容易的部分。超過 3 CNC 在制造業(yè)中非常普遍,多軸機(jī)械臂也比以往任何時候都更實(shí)惠。但沒有大量軟件可用于多軸非平面3D打印機(jī)。這也是非平面和/或多軸打印沒有取得突破的原因之一。切片軟件和切片方法是挑戰(zhàn),而不是硬件!

Michael 和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的切片方法非常簡單,但很有效,希望在某個時候?qū)⑺糜诔R姷那衅浖?。使用常見?FDM 3D 打印切片軟件,您可以在 +-45° 的區(qū)間內(nèi)打印懸垂部分。具有傾斜噴嘴的打印機(jī)可以打印傾斜 0°-90°的結(jié)構(gòu),這就是 RotBot 改進(jìn)的地方。憑借旋轉(zhuǎn)的打印頭,它可以到達(dá)零件周圍并將窗口增加到大約 +-90°,這允許在所有側(cè)面完全懸垂結(jié)構(gòu)并且沒有任何支撐,因此名稱為“錐形切片”。


錐形切片是用于為打印機(jī)生成 g 代碼的方法,但他們并沒有編寫一個全新的切片軟件,而是簡單地欺騙常規(guī)軟件生成路徑,然后用一些 python 腳本修改代碼。我過去聽說過這種方法,并且下面也鏈接的論文很好地說明了這種方法。有三個步驟:STL 文件的預(yù)變形,在常規(guī)切片器中對預(yù)變形的 STL 進(jìn)行切片,并反向轉(zhuǎn)換 G 代碼。

△錐形 GCode

首先,談?wù)勵A(yù)變形。這樣做是為了以后可以欺騙常規(guī)切片軟件生成錐形 gcode。為此,網(wǎng)格的所有點(diǎn)都在 z 方向上向上移動,具體取決于它們與定義的旋轉(zhuǎn)軸的距離。由于這可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的偽影,具體取決于零件的網(wǎng)格細(xì)度,python 腳本還可以細(xì)化網(wǎng)格以使最終結(jié)果更平滑。此過程導(dǎo)致 RotBot 噴嘴的 45° 角處出現(xiàn)圓錐形變形部分。然后將變形的部分帶回切片器,并生成常規(guī) Gcode。不得不將 Simplify3D 與當(dāng)前版本的腳本一起使用,因?yàn)樗坪跏褂们衅鳛楸巢孔冃巫⑷氲囊恍┳⑨專@可能很容易修復(fù)。然后這個變形部分的 GCode 被重新轉(zhuǎn)換,這與我們一開始對 STL 所做的相反的過程。因此,所有 GCode 點(diǎn)都會根據(jù)它們到中心軸的距離再次向下移動。有一些邊緣情況需要考慮,例如較長的線性移動,這會導(dǎo)致已打印部件的崩潰或需要稍微調(diào)整的流速。

如果您想了解更多詳細(xì)信息,強(qiáng)烈建議您仔細(xì)查看有關(guān)此方法的論文。這為您留下了漂亮的非平面 Gcode,其中打印移動不在一層上,而是逐層構(gòu)建。這種方法的另一個好處是,這些層現(xiàn)在像煤渣塊一樣交錯排列。

△類似煤渣塊的交錯層

如果您理解錐形切片是一個非常簡單的過程,并且如果您的噴嘴周圍有足夠的間隙,您甚至可以在普通 3D 打印機(jī)上打印此 Gcode,因?yàn)檫@些只是簡單的非平面打印動作。我實(shí)際上想更深入地研究用于常規(guī) 3 軸打印機(jī)的這種錐形切片方法,因?yàn)樵撃_本有一個稍微修改過的版本,可以讓您以更淺的角度切片,因此可能是打印無支撐懸垂的好方法。

△在常規(guī) FDM 打印機(jī)上進(jìn)行錐形打印

然而,RotBot 的突出特點(diǎn)是它的第 4 軸和 45° 角噴嘴。即使您可以在普通打印機(jī)上打印此錐形 GCode,但當(dāng)噴嘴開始越來越多地以更陡峭的角度拖過它自己的擠出材料時,您很快就會遇到擠出問題。使用 RotBot 的傾斜噴嘴,您可以忽略此問題,因?yàn)槟梢源_保始終垂直于層和擠出線。這種額外的自由度導(dǎo)致 Gcode 不僅參考 X、Y Z 坐標(biāo),還添加了一個 U 值,即第 4 軸的角度。

所有這些都導(dǎo)致了這些漂亮的非平面打印移動,其中打印機(jī)的所有 4 個軸同時移動。印花總是從圓錐軸的中心開始,然后慢慢向外向上生長。RotBot 可以在沒有任何支撐材料的情況下打印完全水平的懸垂,這開辟了相當(dāng)多的機(jī)會。

然而,與往常一樣,技術(shù)也存在局限性和缺點(diǎn),無論是錐形切片還是帶有 45° 角噴嘴的 RotBot。錐形切片不是針對每個任意幾何形狀的切片方法。您可能已經(jīng)注意到,到目前為止,您看到的所有懸垂都朝外。錐形切片存在與笛卡爾和帶狀 FDM 切片相同的問題。打印線不能在半空中開始,所以如果你有朝內(nèi)的懸垂,你仍然需要支撐。另一種方法是切割零件,使零件的向內(nèi)部分被切割成向內(nèi)的圓錐而不是向外的圓錐。這已經(jīng)實(shí)現(xiàn),但目前仍然是一個手動過程,將零件分割并將 Gcode 堆疊在一起以打印更復(fù)雜的零件,而無需支持。

△錐形切片部分內(nèi)錐 

這就是基本情況,至少使用這種開源方法。RotBot 和錐形切片方法很好地展示了通過相對簡單的打印機(jī)修改和超級智能但仍然簡單的切片方法可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。但是,問題仍然存在,我們是否會在未來的某個時候看到這在商業(yè)機(jī)器中實(shí)現(xiàn),或者當(dāng)前的機(jī)器是否足以勝任大多數(shù)任務(wù)。親眼看到 RotBot 打印零件是一次很棒的體驗(yàn),我相信它會有很多應(yīng)用。然而,我看到更大的創(chuàng)新是錐形切片方法,在一定程度上,它也可以用于您在家中可能擁有的傳統(tǒng)打印機(jī)上,并允許更多的設(shè)計(jì)自由度和更少的支撐結(jié)構(gòu)浪費(fèi)。

△一些圓錐切片示例

錐形切片可能是切片軟件的下一個重大創(chuàng)新,但需要大量的工作和研究,以創(chuàng)建算法來自動對錐形或傾斜切片區(qū)域中的零件以及其他可以定期打印的部分進(jìn)行切片。如果您對這個主題感興趣,還請務(wù)必查看 Rene Mueller xyzdims.com上的工作,他在那里開發(fā)了這樣一個通用切片軟件。


△一些 Renes XYZdims.com 工作

但是您如何看待 4 RotBot 和錐形切片?您是否只在小眾應(yīng)用程序中看到它,或者您希望一種或什至兩者都可用于主流機(jī)器?


更多信息:

RotBot 工具頭文件:https ://www.printables.com/model/288723-4-axis-modification-for-mk3s-with-rotational-print

錐形切片機(jī):https ://github.com/RotBotSlicer/Transform

關(guān)于 RotBot 和錐形切片的論文:https ://www.mdpi.com/2076-3417/11/18/8760

Rene Mueller 的通用切片:https ://xyzdims.com

 

來源:中國3D打印網(wǎng)

   

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