Developing a Custom Printhead Controller to Print Large-Scale Parts Using Industrial Motion Systems

Le dépôt de fil fondu (FFF, de fused filament fabrication) pourrait devenir une puissante méthode de fabrication, mais cette technologie de fabrication additive (FA) doit d'abord surpasser certaines limites, dont sa mise à l'échelle et la qualité des pièces produites. Dans ce projet, nous avons adressé ce problème de taille en développant un contrôleur de tête d'impression personnalisé permettant de produire de grandes pièces par FFF sur des robots industriels.L'objectif principal du projet était de créer un contrôleur universel pouvant être connecté à différents robots munis de têtes d'impression à haut débit. Le contrôleur a été conçu pour communiquer avec deux robots industriels spécifiques : un grand système à portique d'Aerotech et un bras robotique à six axes Fanuc M-20iB/25. Les deux systèmes sont installés dans le Laboratoire de mécanique multi-échelle (LM2) de Polytechnique Montréal. Une carte mère Duet 3 6HC est au cœur du contrôleur de tête d'impression, qui peut contrôler plusieurs outils à la fois et est compatible avec un large éventail de composants que l'on trouve couramment dans les têtes d'impression FFF. Nous avons choisi les autres composants internes du contrôleur selon les exigences de deux têtes d'impression à haut débit : les extrudeuses Typhoon et Pulsar de Dyze Design. Pour utiliser le contrôleur de tête d'impression avec les robots industriels du LM2, nous avons développé une méthodologie d'impression adaptée. Pour ce faire, nous avons utilisé une méthode de contrôle d'extrusion personnalisée, implémenté des protocoles de communication, modifié le firmware de la carte mère Duet et développé des post-processeurs dans RoboDK, un logiciel de programmation hors-ligne pour robots industriels. Nous avons ensuite imprimé diverses pièces à l'aide de plusieurs têtes d'impression, dont l'extrudeuse Typhoon et la version bêta de l'extrudeuse Pulsar, afin de démontrer la polyvalence du contrôleur. Avec l'extrudeuse Typhoon et le robot Fanuc, nous avons produit deux grandes pièces: un vase en spirale mesurant 400 mm de hauteur et pesant 640 g (imprimé à 250 % de sa taille originale), et un modèle #3DBenchy de 240 mm de long et 636 g (à 400 % d'échelle). Les temps d'impression des deux pièces étaient d'environ 3h et 3h20m, respectivement. Pour le vase, nous avons estimé qu'il faudrait jusqu'à 18h42 pour produire la même pièce en utilisant une tête d'impression conventionnelle couramment utilisée dans les imprimantes FFF. Malheureusement, la méthode de contrôle d'extrusion que nous avons mise en place a abouti à une qualité d'impression moyenne dont les effets étaient particulièrement observables sur le #3DBenchy.