Βελτιστοποίηση τροχιάς ακροφυσίου κατά την κατεργασία τρισδιάστατης εκτύπωσης: Εφαρμογή αλγορίθμων εύρεσης βέλτιστων διαδρομών

Βανδώρου, Φωτεινή; Vandorou, Foteini

dc.contributor.author	Βανδώρου, Φωτεινή	el
dc.contributor.author	Vandorou, Foteini	en
dc.date.accessioned	2023-01-23T11:42:40Z
dc.date.available	2023-01-23T11:42:40Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56833
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24531
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προσθετική Κατασκευή	el
dc.subject	Τρισδιάστατη Εκτύπωση	el
dc.subject	Αλγόριθμοι Εύρεσης Βέλτιστων Διαδρομών	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση τροχιάς	el
dc.subject	Συστήματα Εξώθησης Υλικού	el
dc.subject	Additive Manufacturing	en
dc.subject	3D Printing	en
dc.subject	Optimal Path Finding Algorithms	en
dc.subject	Trajectory Optimization	en
dc.subject	Fused Deposition Modelling (FDM)	en
dc.title	Βελτιστοποίηση τροχιάς ακροφυσίου κατά την κατεργασία τρισδιάστατης εκτύπωσης: Εφαρμογή αλγορίθμων εύρεσης βέλτιστων διαδρομών	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Προσθετική Κατασκευή	el
heal.classification	Τρισδιάστατη Εκτύπωση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-31
heal.abstract	Η τρισδιάστατη εκτύπωση συγκεντρώνει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον και υπάρχουν αρκετά προβλήματα που απαιτούν βελτιστοποιημένες λύσεις. Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί μεγάλη άνθιση του συγκεκριμένου τομέα καθώς αυξάνονται σταδιακά οι τομείς της καθημερινότητας που η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να βρει εφαρμογή. Αναγκαία κρίνεται η εύρεση μεθοδολογιών που θα περιορίζουν τους χρόνους κατεργασίας ενώ ταυτόχρονα θα διατηρούν ένα βασικό επίπεδο ποιότητας. Η εργασία επικεντρώνεται στην κατεργασία τρισδιάστατης εκτύπωσης με χρήση τηγμένου νήματος (Fused Filament 3d Printing). Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύχθηκε μεθοδολογία, βασιζόμενη στον αρχικό G-κώδικα που παρέχεται από τον εκτυπωτή, που βελτιστοποιεί την τροχιά που ακολουθεί το ακροφύσιο κατά την τρισδιάστατη εκτύπωση έτσι ώστε να μειωθεί, κατά το δυνατόν, ο συνολικός χρόνος κατεργασίας διατηρώντας όμως σταθερά τα χαρακτηριστικά ποιότητας του εκτυπωμένου τεμαχίου (π.χ. διαστάσεις, τραχύτητα κ.λπ.). Πιο συγκεκριμένα, η μεθοδολογία αποτελεί ενσωμάτωση δύο αλγορίθμων εύρεσης βέλτιστης διαδρομής, του Nearest Neighbor και του Chinese Postman σε G-κώδικα. Εκτός από τα θεωρητικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των αλγορίθμων στο Matlab, πραγματοποιήθηκαν και δοκιμαστικές εκτυπώσεις. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν τόσο ως προς το χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωση της εκτύπωσης όσο και στην τελική ποιότητα του δοκιμίου σε σχέση με τις προτεινόμενες διαδρομές από το λογισμικό τεμαχισμού (slicer). Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων φαίνεται ότι για δοκίμια μικρής πολυπλοκότητας ο Chinese Postman υπερτερεί ως προς την συνολική απόσταση που διανύεται υστερώντας ελάχιστα ποιοτικά σε σχέση με τον αρχικό αλγόριθμο του εκτυπωτή. Αντίθετα, ο αλγόριθμος Nearest Neighbor φαίνεται να μην δίνει καλά αποτελέσματα υστερώντας σημαντικά στην διατήρηση της επιθυμητής ποιότητας αλλά και της συνολικής απόστασης που διανύθηκε. Παρόλα αυτά, ως προς τον χρόνο εκτύπωσης, οι δύο αλγόριθμοι που μελετήθηκαν κατά βάση εκτελούν την εκτύπωση πιο γρήγορα σε σχέση με το αρχικό πρόγραμμα. Από τα αποτελέσματα των εκτυπώσεων φαίνεται ότι κατά βάση ακολουθούνται τα θεωρητικά αποτελέσματα. Ως προς την ποιότητα των δοκιμίων παρατηρήθηκε ότι το αρχικό πρόγραμμα υπερτερεί έναντι των δύο αλγορίθμων που εφαρμόστηκαν αλλά χρονικά δεν αποτελεί την βέλτιστη λύση. Παρόλα αυτά, υπήρξε αποτέλεσμα με την χρήση του Chinese Postman όπου επειδή βρέθηκε βέλτιστο μονοπάτι προσπέλασης των σημείων ακριβώς μια φορά, κατέστει δυνατή η γρηγορότερη εκτύπωση του δοκιμίου με ποιότητα οριακά όμοια με αυτήν του αρχικού προγράμματος. Σχετικά με τον Nearest Neighbor παρατηρήθηκε ότι υστερεί σημαντικά σε ποιότητα παρά την γρηγορότερη εκτύπωση του δοκιμίου σε σχέση με το αρχικό πρόγραμμα. Εν κατακλείδι, συνδυάζοντας τα παραπάνω, γίνεται αντιληπτό πως οι αλγόριθμοι που μελετήθηκαν υπερτερούν χρονικά σε σχέση με το αρχικό πρόγραμμα. Όταν το αποτέλεσμα ανάγεται σε πληθώρα επιπέδων που χαρακτηρίζουν ένα δοκίμιο τότε οι διαφορές αυτές είναι αξιοσημείωτες καθώς οδηγούν σε σημαντική εξοικονόμηση χρόνου και πόρων. Ως προς την επιλογή της μεθοδολογίας που υπερτερεί, αυτό έγκειται στην χρήση του δοκιμίου εάν πρόκειται για υψηλής ποιότητας μηχανολογικό εξάρτημα ή δοκίμιο πρότυπο για μελέτη νέων μεθοδολογιών εκτύπωσης ή συμπεριφοράς εκτυπωτών, χωρίς όμως αυτό να αποκλείει την χρήση του Chinese Postman που υπό προϋποθέσεις μπορεί να δώσει ποιοτικά ίδιο αποτέλεσμα με το αρχικό πρόγραμμα.	el
heal.abstract	Nowadays, 3D printing is attracting intense research interest and there are several problems that require optimized solutions. In recent years, it has been observed that this sector is thriving as more and more everyday problems can be solved more efficiently with the use of 3D printing. Thus, it is deemed necessary to find technologies/methodologies that will limit the processing times while at the same time maintain an appropriate level of quality. The present thesis, focuses on the fused filament 3D printing process. In this context, a methodology was developed, based on the original G-code provided by the slicing software, which optimizes the trajectory followed by the nozzle during 3D printing in order to reduce, as much as possible, the total processing time while maintaining constantly the quality characteristics of the printed piece (e.g. dimensions, roughness, etc.). More specifically, the methodology created is about the integration of two optimal path finding algoritms, Nearest Neighbor and Chinese Postman in G-code. In addition to the theoretical results obtained from the implementation of the algorithms in Matlab, test prints were also carried out. The results were compared both in terms of the time required to complete the print as well as regarding the final quality of the sample print against the suggested paths from the Slicer. From the results of the simulations it is evident that for low complexity parts, the Chinese Postman algorithm excels in terms of total distance travelled while slightly lagging in quality when compared to the printer’s original algorithm. On the contrary, the Nearest Neighbor algorithm seems not to give good results, significantly lagging in maintaining the desired quality as well as the total traveled distance. Nevertheless, in terms of printing time, the two studied algorithms perform the procedure faster than the original methodology. The results of the printed parts follow in line with the theoretical results. Regarding the quality of the parts, it can be seen that the original program outperforms the two algorithms applied, but in terms of time it is not the optimal solution. However, a result was achieved using the Chinese Postman algorithm in which an optimal path to access all points exactly once was found. This led to the creation of a part with its quality marginally similar to that of the original method while at the same time the procedure required less time. The Nearest Neighbor algorithm appeared to be significantly lagging in quality despite the fact that the parts were printed faster than the original methodology. In conclusion, when combining the results, it can be seen that the studied algorithms outperform the original methodology in terms of time. When the result is reduced to a multitude of layers that characterize a part, these differences are remarkable as they can lead to significant savings in time and resources. Regarding the choice of which methodology is superior, it lies in the terms of which each part will be used, whether it is a high-quality mechanical part or an engineering model part used to study new printing methodologies or printing behavior. However, this does not exclude the use of the Chinese Postman which under conditions can produce the same quality results as the original methodology of the printer.	en
heal.advisorName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	74 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false