隨著中國(guó)高端工業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造效率的要求日益提高，增材制造以其獨(dú)特的工藝屬性，正成為解決復(fù)雜加工快速化問(wèn)題的重要手段。3D打印相較傳統(tǒng)加工方式具有低成本、高效率、應(yīng)用場(chǎng)景適應(yīng)性好等優(yōu)勢(shì)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件也可以快速加工成形，從而縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高材料利用率，極大優(yōu)化了傳統(tǒng)的制造模式。當(dāng)前3D打印已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，并將逐漸被應(yīng)用于更多的領(lǐng)域中。

過(guò)去10年，全球3D打印行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，據(jù)AM Reference援引 《Wohlers Report 2023》數(shù)據(jù)，2022年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)180億美元，年增長(zhǎng)率達(dá)18.3%，相較于2012年的22.88億美元增長(zhǎng)近8倍。根據(jù)華曙高科招股說(shuō)明數(shù)據(jù)，2025年增材制造行業(yè)規(guī)模較2020年將增長(zhǎng)2倍，達(dá)到298億美元，到2030年將增長(zhǎng)5.6倍，達(dá)到853億美元。

3D打印產(chǎn)品

固高伺創(chuàng)GSHD高性能伺服驅(qū)動(dòng)器在華東某客戶的3D打印機(jī)設(shè)備中得到了批量應(yīng)用。下圖展示的是高溫材料3D打印設(shè)備，可打印PEEK、PEEK-CF、PEKK等高性能材料及多種工程塑料(如PA、PC、ABS等),打印件精度可達(dá)50微米。

高溫材料3D打印設(shè)備

解決方案

固高科技為客戶量身定制的GTS運(yùn)動(dòng)控制卡+GSHD伺服驅(qū)動(dòng)器的解決方案使用差分脈沖控制，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃平滑連續(xù)，高階可導(dǎo)，解決了傳統(tǒng)方案中軌跡過(guò)大滯后的問(wèn)題。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

目前3D打印使用材料主要為樹脂塑料，塑料材料又以聚丙烯（PP）應(yīng)用最廣。但聚丙烯在3D打印過(guò)程中容易發(fā)生翹曲變形，最終造成“料已成材，卻無(wú)成器”的結(jié)果?？蛻羰褂脝味嗣}沖控制的PLC，發(fā)給驅(qū)動(dòng)器的規(guī)劃有毛刺且容易受到干擾，如下圖所示。驅(qū)動(dòng)器收到的規(guī)劃速度不平滑，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行震動(dòng)明顯，誤差較大。

未做濾波處理前的運(yùn)動(dòng)誤差

經(jīng)過(guò)GSHD伺服驅(qū)動(dòng)器高性能IIR濾波器處理后，誤差明顯減小，加工效果達(dá)到打印要求。

對(duì)規(guī)劃進(jìn)行濾波處理

濾波處理后的運(yùn)動(dòng)誤差

由于GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器的位置環(huán)控制周期為125us，大于控制器的規(guī)劃周期，所以位置環(huán)輸入濾波器通常用于減緩規(guī)劃指令的階梯突變，降低規(guī)劃不連續(xù)對(duì)設(shè)備造成的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高控制精度。
GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器的位置環(huán)輸入濾波器分為FIR濾波器和IIR濾波器兩種：FIR濾波器平滑時(shí)間取值范圍為 0.5~127ms，值越大平緩效果越強(qiáng)，但設(shè)置值過(guò)大會(huì)造成系統(tǒng)節(jié)拍變慢，規(guī)劃和反饋滯后越嚴(yán)重；IIR濾波器截止頻率越小，濾波效果越明顯，可有效降低控制器指令加加速度時(shí)間，同樣，濾波越深，規(guī)劃和反饋滯后越嚴(yán)重。