近日，密歇根大學(xué)智能可持續(xù)自動化實驗室(S2A) 開發(fā)了可以使桌面3D打印機的速度提高一倍的的算法。該技術(shù)使用過濾B樣條(FBS)算法來調(diào)整打印機的控制，并在打印機加速時減輕不必要的振動。

11月1日發(fā)布了一個視頻 演示，展示了在 HICTOP Prusa i3上打印的美國國會大廈的一個小型模型。模型最終以60 mm / s的進給速度和1 m / s ^ 2的加速度極限完成了四個小時。對于第二次測試，他們提高了打印速度，并顯示了一個模型如何被打印機振動增加完全破壞，另一個模型在振動補償算法的幫助下，在兩個小時內(nèi)成功完成，而質(zhì)量不變。這個視頻獲得了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)視頻中顯示的實驗。正如湯姆·納迪(Tom Nardi)解釋的那樣，他們的目標是找出在維護良好的桌面3D打印機上打印相同的基準部件需要多長時間。在不知道確切的比例因子，層高或最初使用的填充百分比(后來顯示為50%的比例，0.1mm的層高和25%的填充)的情況下，他們試圖通過計算視頻中使用的設(shè)置來復(fù)制測試小小的誤差。

皮帶振動從基準測試

基線模型用于密歇根大學(xué)的測試

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

然后，通過使用正在進行的視頻中的靜止圖像，他們通過比較不同填充百分比的切片器層視圖來估計填充百分比，并得出15-20%。他們決定使用一個2毫米的層高，然后進行測試。

使用加熱塊來計算打印的比例因子

在密歇根州的打印視頻顯示切片機中20%的填充

模型完成只需要1小時20分鐘。這接近密歇根大學(xué)加速測試的一半時間，這個時間是用振動補償算法輔助的，大約比基準測試快四倍。即使考慮估計參數(shù)的誤差范圍，Hackaday同行評審和兩小時算法輔助打印之間仍然存在顯著差異。

盡管經(jīng)過精細調(diào)整的臺式3D打印機能夠以比視頻中顯示的速度更快的速度進行打印，但測試的目的不是為了使“標準打印”的速度最快。相反，我們的目標是展示振動補償算法如何提高3D打印機的速度和加速度，這一切都是相同的。假設(shè)打印機的速度受到振動的限制，如果將算法安裝在Hackaday同行評審中使用的3D打印機上，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，如果沒有算法，通常會由于增加的振動而導(dǎo)致打印失敗。

Chinedum Okwudire教授為了從源頭上了解更多對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小時的案例研究)，顯示了”標準“桌面打印機對Capitol部件的最快打印速度。這是一個非常錯誤的認識。打印時間高度取決于打印機和用于打印的參數(shù)。當然，一個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論。

“我們工作的重點是展示振動補償如何提高3D打印機的可達到的速度和加速度，相對于沒有振動補償?shù)那闆r，所有這些都是平等的。我們并沒有聲稱沒有振動補償，我們不能在給定的3D打印機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，有了這樣的機會，在振動補償?shù)那闆r下，在沒有振動補償?shù)那闆r下，它們能夠在同一臺打印機上打印得更快，而且所有的東西都是平等的。對于我們的4小時“標準”打印不是最好的(甚至在視頻中使用的特定打印機)。

在所有情況下都使用相同的條件，因此其結(jié)果匯總不會簡單地通過縮放數(shù)字來改變。人們可能會問的一個更重要的問題是為什么他們選擇使用四小時打印作為“標準打印”，而不是2小時41分鐘的打印。根據(jù)Okwudire教授的說法，他們發(fā)現(xiàn)一般的3D打印機用戶對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等高振動打印機上使用速度約為40 mm / s和/或加速度在1 m / s ^ 2左右的打印機。因此，即使經(jīng)過反復(fù)試驗，部件可能會以更高的速度和加速度打印而不會失敗，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教授和他的團隊進一步確信，大多數(shù)桌面3D打印機的運行速度比他們收到全新的LulzBot TAZ 6時所能達到的速度要慢，并且注意到打印機出廠設(shè)置的加速極限是保守的0.5 m / s ^ 2。

“我們認為加速度限制是在工廠保守設(shè)定的，以減少在打印過程中發(fā)生故障的零件的可能性。毫無疑問，通過反復(fù)試驗，人們可以以高于0.5m / s ^ 2的加速度進行打印，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，我們對沒有振動補償?shù)那闆r和振動補償情況(因為我們認為這更現(xiàn)實)強加了保守的加速度。一個喜歡修補和推動極限的技術(shù)人員可能很好地測試一個部分，直到他們達到打印機的性能極限，但普通用戶通常不這樣做，“他向我們解釋說。

在提交給3D打印社區(qū)的詳細結(jié)果中，使用HICTOP Prusia i3(視頻中顯示)的測試被標記為保守的情況。但是，Okwudire教授也談到了一個激烈的情況，那就是沒有振動補償算法的打印機非常接近極限。在這種情況下，節(jié)省的時間仍然超過31%。

此外，需要注意的是，即使在60毫米/秒的進給速度和30米/秒^ 2的加速度極限下，我們的任何帶有FBS的打印件都不會失效。這意味著很多應(yīng)用案例可以節(jié)省更多的時間。我們一直在試圖在HICTOP打印機上找到有關(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/秒的進給速度，以及50米/秒^ 2的加速度進行打印，而不會出現(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)。

加速打印測試

一位觀眾指出打印機松動的皮帶張力后，回應(yīng)了對YouTube視頻的評論，Okwurdire教授寫道：

“你說得對，增加皮帶張力在一定程度上減少了振動問題。然而，較高的皮帶張力也增加了電機必須克服的摩擦力矩，這總是降低了可達到的速度和加速度(因為摩擦遠離有用的電機轉(zhuǎn)矩)。高摩擦也會增加磨損。有趣的是，F(xiàn)BS振動補償允許在高速/加速下獲得高質(zhì)量的打印品，而不需要高的皮帶張力。視頻中的打印機是HICTOP Prusa i3，它不是最高質(zhì)量的，可能隨著時間的推移慢慢失去了皮帶張力。我們還測試了一個全新的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 “

通過在全新的LulzBot TAZ 6上進行額外的測試，它進一步驗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。

振動補償算法在全新的TAZ 6上測試

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

“... Lulzbot中間打印和右側(cè)打印達到預(yù)期的100毫米/秒(因為它們有足夠的加速度 - 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。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教授和他的團隊目前正在努力將算法集成到Marlin中，并且在不久的將來他們也很樂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)送了打印機來測試算法：

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

當被問及關(guān)于工業(yè)級3D打印機的測試時，Okwudire教授表示他們還沒有對其進行任何測試，但他們對這個想法持開放態(tài)度。他們還想在其他工業(yè)機器上進行測試，如激光切割機，數(shù)控機床等。他指出，軟件不僅僅是3D打印機，事實上，創(chuàng)建軟件的想法是從高端開始的數(shù)控機床遭遇嚴重的振動問題，限制了其速度和精度。