Техніка та енергетика

Порівняльне дослідження основних параметрів і характеристик системи управління параметрами 3D-принтера з використанням апаратного забезпечення типу Klipper

Володимир Назаренко, Богдан Остроушко
Завантажити статтю
Анотація

3D-друк активно замінює традиційні методи конструювання машин, забезпечуючи виробників гнучкістю, зручністю управління та можливістю реального часу налаштовувати параметри процесу. Дане дослідження було зосереджено на визначенні швидкості друку для отримання якісних моделей за двома сценаріями: без використання прошивки Klipper та з використанням мікропрограми Klipper для контрольних параметрів у процесі друку.  3D-принтером, який використовувався в дослідженні, був принтер Creality Ender 3 V3 SE з двома зразками 3D-моделей. Процес тестування проводився з трьома попередніми налаштуваннями швидкості друку: середня швидкість, вище-середнього швидкість та максимально можлива швидкість (максимальна швидкість друку 345 mm/s;  вище-середнього швидкість 180 мм/с; середня – 150 мм/с). В результаті дослідження становлено, що найбільш критична проблема полягає в тому, що кроковий двигун не завжди встигає переміщати стіл на необхідну кількість кроків. Стандартні значення прискорення були встановлені на рівні рекомендованих виробником оригінального обладнання, а оптимальна швидкість друку становила до 120 мм/с. У ході проведення експериментів було збільшено стандартні значення прискорення, що показало позитивні зміни, та призвело до кращої якості друку і стабільності такого процесу. Було визначено, що у випадку зі стандартним (готовим з пакування до роботи) принтером найкраще зберегти стандартні параметри та налаштування, оскільки принтер не зможе друкувати швидше через свої апаратні обмеження, у той час як спеціальна апаратна прошивка може допомогти у виконанні завдання динамічного налаштування параметрів друку при цьому зберігаючи максимальну якість та оптимізуючи на виконання завдань. Результати дослідження можна використати в промисловому виробництві для оптимізації процесів 3D-друку, підвищення якості виробів та зменшення витрат на виготовлення

Ключові слова

3D друк, апаратне програмне забезпечення, автоматизовані системи, контроль параметрів, ітераційна оцінка системи, системи управління

ЦИТУВАТИ
Nazarenko, V., & Ostroushko, B. (2025). Comparative research of 3D printer main control parameters and characteristics utilising Klipper firmware. Machinery & Energetics, 16(1), 81-90. https://doi.org/10.31548/machinery/1.2025.81
Використані джерела

[1] Afshar, R., Jeanne, S., & Abali, B.E. (2023). Nonlinear material modeling for mechanical characterization of 3-D printed PLA polymer with different infill densities. Applied Composite Materials, 30(3), 987-1001. doi: 10.1007/s10443-023-10122-y.

[2] Albar, A., Swash, M.R., & Ghaffar, S. (2019). The design and development of an extrusion system for 3d printing cementitious materials. In 2019 3rd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (ISMSIT) (pp. 1-5). Ankara: IEEE. doi: 10.1109/ISMSIT.2019.8932771.

[3] Arnold, C., Monsees, D., Hey, J., & Schweyen, R. (2019). Surface quality of 3D-printed models as a function of various printing parameters. Materials, 12(12), article number 1970. doi: 10.3390/ma12121970.

[4] Chen, D., Levin, D.I., Didyk, P., Sitthi-Amorn, P., & Matusik, W. (2013). Spec2Fab: A reducer-tuner model for translating specifications to 3D prints. ACM Transactions on Graphics (TOG), 32(4), article number 135. doi: 10.1145/2461912.2461994.

[5] Christodoulou, I., Alexopoulou, V., & Markopoulos, A.P. (2023). Study and development of a high-speed fused filament fabrication 3D printer. In 2023 8th South-East Europe design automation, computer engineering, computer networks and social media conference (SEEDA-CECNSM) (pp. 1-6). Piraeus: IEEE. doi: 10.1109/SEEDA-CECNSM61561.2023.10470706.

[6] Geng, P., Zhao, J., Wu, W., Ye, W., Wang, Y., Wang, S., & Zhang, S. (2019). Effects of extrusion speed and printing speed on the 3D printing stability of extruded PEEK filament. Journal of Manufacturing Processes, 37, 266-273. doi: 10.1016/j.jmapro.2018.11.023.

[7] Gokhare, V.G., Raut, D.N., & Shinde, D.K. (2017). A review paper on 3D-printing aspects and various processes used in the 3D-printing. International Journal of Engineering Research & Technology, 6(06), 953-958.

[8] Gomathi, K., Ganesh, T., Bharanidharan, J., Prajathkar, A.A., & Aravinthan, R. (2021). Condition monitoring of 3D printer using micro accelerometer. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1055(1), article number 012035. doi: 10.1088/1757-899X/1055/1/012035.

[9] Hemminger, H.A. (2022). Improvements and characterization of error, speed, and capabilities in low-cost additive manufacturing systems. (Master of Science thesis, University of California, Los Angeles, United States of America).

[10] Jandyal, A., Chaturvedi, I., Wazir, I., Raina, A., & Haq, M.I.U. (2022). 3D printing – a review of processes, materials, and applications in Industry 4.0. Sustainable Operations and Computers, 3, 33-42. doi: 10.1016/j.susoc.2021.09.004.

[11] Kaman, A., Balogh, L., Jakab, M., Meszlenyi, A., Tarcsay, B.L., & Egedy, A. (2023). The effect of 3D printing process parameters on nylon based composite filaments: Experimental and modelling study. Chemical Engineering Transactions, 100, 481-486. doi: 10.3303/CET23100081.

[12] Kantaros, A., & Piromalis, D. (2021). Employing a low-cost desktop 3D printer: Challenges, and how to overcome them by tuning key process parameters. International Journal of Mechanics and Applications, 10(1), 11-19. doi: 10.5923/j.mechanics.20211001.02.

[13] Kentzer, J., Koch, B., Thiim, M., Jones, R.W., & Villumsen, E. (2011). An open source hardware-based mechatronics project: The replicating rapid 3-D printer. In 2011 4th International conference on mechatronics (ICOM) (pp. 1-8). Kuala Lumpur: IEEE. doi: 10.1109/ICOM.2011.5937174.

[14] Khosravani, M.R., & Reinicke, T. (2020). Effects of raster layup and printing speed on strength of 3D-printed structural components. Procedia Structural Integrity, 28, 720-725. doi: 10.1016/j.prostr.2020.10.083.

[15] Kluska, E., Gruda, P., & Majca-Nowak, N. (2018). The accuracy and the printing resolution comparison of different 3D printing technologies. Transactions on Aerospace Research, 2018(3), 69-86. doi: 10.2478/tar-2018-0023.

[16] Lanzotti, A., Grasso, M., Staiano, G., & Martorelli, M. (2015). The impact of process parameters on mechanical properties of parts fabricated in PLA with an open-source 3-D printer. Rapid Prototyping Journal, 21(5), 604-617. doi: 10.1108/RPJ-09-2014-0135.

[17] Pivar, M., Gregor-Svetec, D., & Muck, D. (2021). Effect of printing process parameters on the shape transformation capability of 3D printed structures. Polymers, 14(1), article number 117. doi: 10.3390/polym14010117.

[18] Stănciulescu, Ş., Schulze, S., & Wąsowski, A. (2015). Forked and integrated variants in an open-source firmware project. In 2015 IEEE International conference on software maintenance and evolution (ICSME) (pp. 151-160). Bremen: IEEE. doi: 10.1109/ICSM.2015.7332461.

[19] Suiker, A.S. (2022). Effect of accelerated curing and layer deformations on structural failure during extrusion-based 3D printing. Cement and Concrete Research, 151, article number 106586. doi: 10.1016/j.cemconres.2021.106586.

[20] Wu, J. (2018). Study on optimization of 3D printing parameters. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 392, article number 062050. doi: 10.1088/1757-899X/392/6/062050.

[21] Zucca, R., Santos, R. C., Lovatto, J., Cesca, R.S., & Lovatto, F. (2019). Development of a low cost 3D printer indicated to prototyping objects. Semina: Exact and Technological Sciences, 40(1), 47-54. doi: 10.5433/1679-0375.2019v40n1p47.