Стартовая площадка – Земля

— Надо. Но, во-первых, тупая матричная печать — это ширпотреб и отстой. Давно пройденный всеми этап — во-вторых. Там вообще ничего не надо делать. Покупай готовый принтер, адаптируй его, модернизируй — и вперёд. И покупать-то по дешёвке можно, они уже нахрен никому не нужны.

Этот разговор у нас произошёл давно, больше года назад. Обсуждали самый примитивный способ 3D-печати. Были раньше такие принтеры, обычные офисные. Символы формировались на бумаге проходом печатающей головки с девятью иглами, бьющими по красящей ленте. Принцип похож на табло «бегущая строка», которое составлено из маленьких лампочек или светодиодов, включающихся по командам управляющей схемы.

Математика матричной печати тоже простая. Всем привычные декартовы координаты на плоскости. Объём формируется тоже тривиально — укладывается слой за слоем. Я настаивал на применении цилиндрических или даже сферических координат. Соответственно, это требовало сопряжённой кинематики. По одной — линейной — координате так же ходит каретка с печатающей головкой. В этом единственное сходство с матричным принтером, хоть 3D, хоть обычным.

По второй координате происходит вращение, и каретка должна уже ездить по кругу. Сразу в голове всплывает достаточно тривиальный вариант технического исполнения. Опора в форме окружности, на которую опирается мост. Похоже на мостовой кран, только тот по двум параллельным путям ездит, а наш — вращается. Каретка с печатающей головкой ходит по мосту, который является для неё опорой. Прямая реализация цилиндрических координат. Первое, что приходит на ум: печать труб, даже переменного диаметра, будет происходить совершенно элементарно. Если диаметр постоянный, то вращаться будет только мост, каретка с печатающей головкой на нём будет сидеть на месте.

Сложные профили сразу ставят ряд проблем. Линейная скорость движения печатающей головки (инжектора) должна быть постоянной, иначе слой будет переменной толщины. Либо скорость подачи материала, хоть проволоки, хоть ленты, хоть потока гранул, должна меняться. И обеспечить переменную скорость легче всего с проволокой. Работать предполагается только с металлами, поэтому разогрев будет токами Фуко. Регулировать же силу тока или его частоту для увеличения скорости прогрева достаточно просто.

Есть ещё проблема скруглений, перехода с прямого участка контура на круговой.

— В таких местах происходит скачкообразное изменение ускорения, — объясняю Таше. — Никакая механика этого не выдержит. Надо заранее закладывать пусть быстрый, но не мгновенный рост ускорения…

Имеется в виду ускорение, перпендикулярное движению. Вектор скорости, не меняясь по модулю, изменяет направление. Чем больше центростремительное ускорение, тем быстрее меняется направление движения.

— Вот это всё и надо учесть в программе, управляющей контроллером, — откидываюсь от стола с исчерканными карандашами листами.

— Обратную связь надо предусмотреть, — предупреждает Таша.

— Обвяжем датчиками с ног до головы, — откликаюсь беззаботно. — А ещё управляющая программа должна отслеживать исполнение задания и точные текущие координаты инжектора.

— Виртуальный образ изделия с границей, отделяющей готовую часть от нереализованной, — Таша переводит мои хотелки на понятный ей язык. — Для инжектора нужна одна отдельная степень свободы, — это Таша уже не переводит. — Ему придётся накладывать проволоку под разными углами. Под любым углом сверху и даже сбоку. И даже снизу, — Таша интонацией передразнивает, но вообще-то говорит серьёзно.

Соглашаюсь.

— В твоей идее укладывать проволоку есть несколько дыр, — продолжает девушка. — Во-первых, отверстия сбоку сделать не сможем. По крайней мере, чисто. Во-вторых, будут ступеньки на стыках. Укладываем проволоку, совершаем полный оборот и подходим к началу. Далее переходим на следующий слой или укладываем рядом следующим витком. В обоих случаях изгиб — в ту или иную сторону. Нарушение равномерности укладки, то есть дефект.

— Думаю, можно придумать, как снять эти проблемы или нивелировать. К примеру, кончик проволоки плавно заострить. Или выпускать наружу краешек, который позже срезать.

Права она, конечно. А кто говорил, что будет легко?

— Точность размеров изделий и чистота поверхности будет порядка толщины проволоки, — заявляет тем временем Таша.

— Или порядка размеров гранулы, если будем напылять, — контрзаявляю я и добавляю: — Придётся думать над тем, чтобы совместить оба способа. И напыление, и укладку. А ещё надо обдумать возможность разрывов при укладке.

— Чтобы отверстия формировать? Их позже придётся отшлифовывать.

— Помимо отверстий, есть наклоны, — первым делом держу в голове возможность изгибов,

Это обывателю технология 3D-печати представляется чудесной, но в принципе простой. Только подводных камней там хоть отбавляй. Поэтому работы непочатый край. Таша только математику на себя берёт. Физику на мехмате тоже учат, поэтому элементарные вещи ей объяснять не надо. Имеет представление и об инерции, и о пиковых значениях ускорения при резких изменениях траектории.