Support-free overhang printing through non-planar slicing

Abstract

Denne oppgaven har som mål å utvikle og teste en ikke-plan slicingmetode for å unngå bruk av støttestrukturer ved printing av overhengende geometri for bruk med 3-akse 3D printere.

Additiv tilvirking (AM), spesielt Fused Filament Fabrication (FFF), har revolusjonert produksjon av kompleks geometri. Vanligvis krever printing av overhengende geometri at ekstra støttestrukturer brukes. Ikke-plan printing har blitt demonstrert som en løsning for å unngå bruk av støttestrukturer, men slike løsninger er enten begrenset av geometri eller krever mer avanserte fleraksede printesystemer.

I denne oppgaven utvikler og tester vi en programvareløsning for ikke-plan slicing. Programvareløsningen genererer selvstøttende ikke-plane lag som tilpasser seg overhengende geometri som brukes til å generere verktøybaner. I tillegg modifiserer vi en vanlig 3-akset printer for å øke dens evne til ikke-plan printing, og denne printeren brukes til å teste verktøybanene generert av programvareløsningen.

Den ikke-plane slicingmetoden utviklet i denne oppgaven lykkes i å produsere deler med overheng uten bruk av støttemateriale for forskjellige typer geometri. Overflatekvaliteten på de printede delene er ikke like god som det som er mulig å oppnå ved bruk av tradisjonelle plane slicingmetoder som bruker støttestrukturer. Flere forbedringsområder belyses og diskuteres, og foreslår en retning for videre arbeid.

This thesis aims to develop and test a non-planar slicing method for support-free overhang printing using 3-axis 3D printers.

Additive Manufacturing (AM), specifically Fused Filament Fabrication (FFF), has revolutionized the production of complex geometries. However, printing overhanging structures requires the use of additional support structures. Non-planar printing has been demonstrated as a solution to avoid using support structures. Still, such solutions are either limited by geometry compatibility or require more advanced multi-axis printing systems.

In this thesis, we develop and test a software solution for non-planar slicing. The software solution generates self-supporting non-planar layers that adapt to overhanging geometry, from which non-planar toolpaths are generated. Additionally, we modified a typical 3-axis printer to increase its non-planar printing capabilities and used this printer to test the toolpaths generated by the non-planar slicing software.

The non-planar slicing method developed in this thesis successfully produced parts with overhangs without using support structures for various geometries. However, the surface quality of the printed parts was degraded compared to traditional planar slicing methods using support structures. Several areas for improvement are identified and discussed, suggesting a direction for future work.