HotFill: cooling time constrained raster-fill planning algorithm for extrusion 3D printing
The flexibility offered by additive manufacturing when fabricating complex parts, compared to traditional methods, makes it an attractive tool for many applications. However, the decisions made in the process planning stage influence the properties and cost of the final part. In the case of additive...
| Autor principal: | Santos, Elis Cassiana Nakonetchnei dos |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Inglês |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28962 |
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riut-1-289622022-07-01T06:06:31Z HotFill: cooling time constrained raster-fill planning algorithm for extrusion 3D printing HotFill: um algoritmo para planejamento de preenchimento por raster com restrição de tempo de resfriamento para impressão 3D por extrusão Santos, Elis Cassiana Nakonetchnei dos Minetto, Rodrigo https://orcid.org/0000-0003-2277-4632 http://lattes.cnpq.br/8366112479020867 Volpato, Neri https://orcid.org/0000-0003-1523-3977 http://lattes.cnpq.br/8414652619232683 Silva, Jorge Vicente Lopes da https://orcid.org/0000-0002-2347-5215 http://lattes.cnpq.br/6139204122148876 Lüders, Ricardo https://orcid.org/ 0000-0001-6483-4694 http://lattes.cnpq.br/5158617067991861 Minetto, Rodrigo https://orcid.org/0000-0003-2277-4632 http://lattes.cnpq.br/8366112479020867 Manufatura Aditiva Impressão tridimensional Termoplásticos Algorítmos Python (Linguagem de programação de computador) Additive manufacturing Three-dimensional printing Thermoplastics Algorithms Python (Computer program language) CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica The flexibility offered by additive manufacturing when fabricating complex parts, compared to traditional methods, makes it an attractive tool for many applications. However, the decisions made in the process planning stage influence the properties and cost of the final part. In the case of additive manufacturing technologies based on thermoplastic extrusion, the definition of the route to be followed during the construction of a layer has a direct impact on the quality of the part. The route created directly influences the adhesion between adjacent filaments of the same layer, one of the factors responsible for the mechanical strength of objects manufactured by thermoplastic extrusion 3D printers. This, in turn, depends on the time lapsed between their deposition. In this work we describe HotFill, an algorithm that finds a tool-path for solid raster infill that keeps the cooling time intervals between depositions below user-specified limits. The algorithm, based on the dynamic programming technique, was implemented in Python and tested on several representative slices of 3D models. The results show that HotFill is fast and produces tool-paths that have low fabrication time while respecting the cooling time constraints. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A flexibilidade oferecida pela manufatura aditiva durante a fabricação de peças complexas, comparada aos métodos tradicionais, a torna uma ferramenta atrativa para diversas aplicações. Porém, as decisões tomadas na etapa de planejamento de processo influenciam nas propriedades e custo da peça final. No caso de tecnologias baseadas na técnica de extrusão de material termoplásticos, a definição da rota a ser seguida durante a construção de uma camada tem impacto direto na qualidade da peça, pois influencia na adesão entre os filamentos adjacentes de uma mesma camada, um dos fatores responsáveis pela resistência mecânica de objetos fabricados por impressoras 3D. Por sua vez, essa adesão depende da temperatura do material previamente depositado, que é diretamente afetada pelo tempo entre a deposição dos filamentos adjacentes. Este trabalho descreve HotFill, um algoritmo que busca um trajeto para preenchimentos tipo zigue-zague que mantenha o tempo de resfriamento entre as deposições de filamentos adjacentes abaixo dos limites especificados pelo usuário. O algoritmo, baseado na técnica de programação dinâmica, foi implementado em Python e testado em várias camadas representativas de modelos 3D. Os resultados mostram que o HotFill é rápido, produz trajetos que respeitam os limites de resfriamento impostos com tempo de fabricação compatível com estas restrições. 2022-06-30T16:42:59Z 2022-06-30T16:42:59Z 2022-05-26 masterThesis SANTOS, Elis Cassiana Nakonetchnei dos. HotFill: um algoritmo para planejamento de preenchimento por raster com restrição de tempo de resfriamento para impressão 3D por extrusão. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28962 eng openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Inglês |
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Manufatura Aditiva Impressão tridimensional Termoplásticos Algorítmos Python (Linguagem de programação de computador) Additive manufacturing Three-dimensional printing Thermoplastics Algorithms Python (Computer program language) CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica |
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Manufatura Aditiva Impressão tridimensional Termoplásticos Algorítmos Python (Linguagem de programação de computador) Additive manufacturing Three-dimensional printing Thermoplastics Algorithms Python (Computer program language) CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica Santos, Elis Cassiana Nakonetchnei dos HotFill: cooling time constrained raster-fill planning algorithm for extrusion 3D printing |
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The flexibility offered by additive manufacturing when fabricating complex parts, compared to traditional methods, makes it an attractive tool for many applications. However, the decisions made in the process planning stage influence the properties and cost of the final part. In the case of additive manufacturing technologies based on thermoplastic extrusion, the definition of the route to be followed during the construction of a layer has a direct impact on the quality of the part. The route created directly influences the adhesion between adjacent filaments of the same layer, one of the factors responsible for the mechanical strength of objects manufactured by thermoplastic extrusion 3D printers. This, in turn, depends on the time lapsed between their deposition. In this work we describe HotFill, an algorithm that finds a tool-path for solid raster infill that keeps the cooling time intervals between depositions below user-specified limits. The algorithm, based on the dynamic programming technique, was implemented in Python and tested on several representative slices of 3D models. The results show that HotFill is fast and produces tool-paths that have low fabrication time while respecting the cooling time constraints. |
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Santos, Elis Cassiana Nakonetchnei dos |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2022 |
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SANTOS, Elis Cassiana Nakonetchnei dos. HotFill: um algoritmo para planejamento de preenchimento por raster com restrição de tempo de resfriamento para impressão 3D por extrusão. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
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