Functgraph - система, яка об'єднала функції 3D-принтера і робота-маніпулятора

Якими б не були сучасні системи FDM, безперервний робочий процес 3D-друку як і раніше вимагає великої кількості ручної праці. Після завершення етапу 3D-друку постобробка, як правило, вимагає, щоб технічний фахівець зняв деталь з робочої пластини, видалив всі підтримувальні конструкції й інтегрував деталь в збірку, якщо це компонент. Це перешкода, яку команда Мейдзі з Токіо намагається подолати за допомогою Functgraph.

Functgraph, як його називають, здатний автоматично друкувати і прикріплювати налаштовані головки інструментів для зміни своєї активної функціональності. Це дає користувачам можливість захоплювати, повертати і знімати 3D-друковані об'єкти для збірки складніших механічних систем в одному завданні на друк. Щоб продемонструвати можливості спеціального робота, команда вже використовувала його як виробника бутербродів, каркаса для складання сорочок, лінії безперервної збірки й пакування іграшкових автомобілів та багато чого іншого.

Команда Мейдзі, Юто Куроки і Кейта Ватанабе, написала: «Ми представляємо нові способи використання головки 3D-принтера як 3-осьовий роботизований маніпулятор, щоб забезпечити розширене виробництво, наприклад, складання окремо надрукованих деталей, видалення допоміжних матеріалів і приведення в дію друкованих об'єктів на робочій платформі».
Щоб почати проєкт, дослідники спочатку розробили й надрукували на 3D-принтері два налаштованих перемикачів головки інструменту - один для кріплення робочих деталей, а інший - для їх від'єднання. Ці перемикачі були розроблені для безпосередньої інтеграції в комерційно доступний 3D-принтер Creality CR-10 і працюють з дуже простим механізмом фіксації/зняття.

Встановивши перемикачі робочих деталей, команда розробила спеціальну програму генерації коду Gcode, яка включала всього три основні операції: друк необхідних компонентів і робочих деталей, зняття робочих деталей і з'єднання робочих деталей до надрукованих компонентів.
Процес Functgraph спочатку виконує 3D-друк всіх необхідних частин для цього додатка. Потім він використовує інструмент, прикріплений до друкуючої головки, для переміщення деталей платформою, змінюючи кінцеві ефектори на цьому інструменті в залежності від необхідної задачі, а також збираючи і розміщуючи всі надруковані компоненти для виконання запрограмованої операції: нарізки шинки й огірка, збірка сендвіча, складання сорочки, пакування кроликів, надрукованих на 3D-принтері або збірка іграшкової машини. Кінцеві ефектори включають спеціальні гачки для відриву опор, складання друкованих деталей або рухомих частин.
Крім використання дешевого й доступного принтера, автори покладалися на звичайні матеріали і налаштування друку:  PLA, скляну робочу пластину, температуру робочої пластини 60°C, температуру екструдера 200°C. Таким чином, ключ до Functgraph - це дизайн. Зокрема, дослідники розміщують підтримувальні конструкції в ключових точках, щоб максимізувати відшаровування друкованої платформи, а також вживають заходів обережності для забезпечення прилипання матеріалу до основи в процесі виготовлення. Для належного прилягання екструдер насправді знаходиться ближче до друкованої платформи, ніж зазвичай.

І останнє, але не менш важливе: Functgraph також має функцію ковзання. Ковзання, можливо, є найбільш важливим рухом, оскільки воно дозволяє користувачам вставляти об'єкти один в одного для створення збірок або навіть виконувати ріжучі рухи по їжі за допомогою робочої деталі з лезом. Завдяки розумному використанню комбінацій операцій, Functgraph може служити адаптованим виробничим роботом для цілого ряду творчих додатків.