Abbassare il centro di gravità delle stampe 3d

In un articolo intitolato ”  Tuning the Center of Gravity of 3D Printed Artifacts, ” una coppia di ricercatori discute su come hanno sviluppato un approccio basato su Algorithms-Aided Design (AAD) per spostare il centro di gravità degli oggetti stampati 3D in una posizione desiderata.

“Quando viene impiegata la tradizionale pipeline di progettazione e fabbricazione di stampanti 3D e macchinari di produzione additiva, le informazioni sull’interno degli artefatti vengono perse durante la conversione dei file di progettazione nel formato di file STL”, sottolineano i ricercatori. “Questo standard di file di fatto memorizza solo le informazioni di confine degli oggetti. Anche se l’artefatto progettato ha interni eterogenei nel software CAD (Computer Aided Design), dopo la conversione diventa un solido omogeneo. ”
Il metodo dei ricercatori non richiede un file STL, poiché utilizzava un approccio basato su query in cui l’algoritmo incorporato comunica con il software CAD per acquisire le informazioni necessarie sul progetto. Innanzitutto, l’oggetto progettato nel software CAD viene scomposto in voxel di dimensioni predefinite con il software aggiuntivo AAD. Quindi il centro di gravità desiderato e la quantità di materiale extra disponibile sono inseriti dall’utente. Questo materiale aggiuntivo viene distribuito ai voxel dall’algoritmo in modo che il centro di gravità dell’oggetto finale si trovi nella posizione predefinita.

“Alla fine del processo di progettazione, è stata modificata la percentuale di riempimento di alcuni voxel che ha reso la struttura internamente eterogenea”, proseguono i ricercatori. “Quindi la struttura finale viene affettata direttamente e le traiettorie vengono convertite in codici G. Utilizzando il file generato, gli artefatti vengono stampati su una stampante FFF desktop. Con l’algoritmo sviluppato, possiamo modificare le coordinate del centro di gravità di qualsiasi forma regolando le loro strutture interne e fabbricandole su stampanti FFF. ”
Perché questo? Spostando il centro di gravità è possibile creare un oggetto più stabile, secondo i ricercatori, senza alterare nessuna delle caratteristiche fisiche visibili dell’oggetto. Sottolineano che molti altri metodi sono stati usati per fare questo, incluso l’uso di cellule Voronoi per creare un interno eterogeneo. I ricercatori hanno preso questo concetto e aggiunto più massa per aumentare l’effetto delle cellule Voronoi.

L’obiettivo principale dell’algoritmo sviluppato dai ricercatori è quello di creare una forma secondaria all’interno della geometria di input in modo che il centro di gravità generale dell’oggetto stampato 3D si trovi nella posizione desiderata. L’algoritmo è diviso in diversi passaggi. In primo luogo, è necessario eseguire la voxelization della geometria iniziale per creare una struttura di base per contenere la massa aggiuntiva da posizionare all’interno della geometria iniziale. Vengono quindi calcolati la massa e il centro di gravità della geometria voxelizzata.

“Dopo aver determinato la quantità di massa aggiuntiva, vengono trovate le coordinate del centro della massa aggiuntiva”, affermano i ricercatori. “Dopo la formazione del parallelepipedo uniforme attorno al centro di massa aggiuntiva, si intende adattare la scatola creata all’interno della geometria iniziale in modo da mantenere l’integrità e la precisione dell’oggetto desiderato. Infine, l’algoritmo di slicing diretto viene eseguito per ottenere i codici G per fabbricare la geometria finale con la struttura interna modificata. ”

Per testare il processo, i ricercatori hanno stampato in 3D un coniglietto a basso numero di poligoni che poteva sedersi su varie superfici una volta regolato il centro di gravità. Il centro di gravità bersaglio è stato impostato in modo che potesse stare in piedi. Ciò ha avuto successo, anche se ci sono stati alcuni difetti sulla superficie della stampa a causa della mancanza di strutture di supporto per le aree sovrastanti. I ricercatori ammettono che la loro tecnica necessita di qualche modifica, ma che in futuro probabilmente “avrà un forte impatto sulle industrie che cercano una soluzione pronta all’uso con l’aiuto di utilizzare i disegni originali”.

Gli autori dello studio includono Mert Keles e Ulas Yaman.

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