The design of an integrated system for rapid prototyping with ice

摘要

La construction en glace est utilisée à des fins pratiques et artistiques depuis des milliers d'années. Au cours des dernières décennies, l'usinage de glace par CNO (commande numérique par ordinateur) est devenu un secteur bien établi, où également diverses sociétés produisent des sculptures pour des événements corporatifs. Cette thèse porte sur une nouvelle technique de construction en glace par impression 3 D. Cette technique, aussi appelée le prototypage rapide, peut être utilisé pour produire des objets qu'il serait difficile ou même impossible de produire avec les techniques traditionnelles d'enlèvement de matière. Un système de prototypage rapide en glace a été conçu et mis au point au moyen d'un robot Cobra 600 d'Adept Technology. Cette thèse donne un aperçu du système d'impression 3 D et des divers algorithmes novateurs mis au point. Le système Cobra 600 est capable de construire n'importe quel objet, de dimensions maximales de 300 × 300 × 200 mm, avec une précision d'environ 0,5 mm, et une cadence de construction d'environ un litre par jour. La plupart des contributions à l'avancement des connaissances porte sur les logiciels. Un algorithme de tranchage de l'objet produit les trajectoires de déposition ; comparé aux algorithmes bien établis, sur lesquels il est basé, l'efficacité de calcul est nettement meilleur. Un deuxième algorithme génère l'information de commande nécessaire pour construire un objet avec le système Cobra 600. Son approche simple et robuste minimise le temps requis pour suivre une trajectoire, et le rend indépendant du modèle dynamique du robot. Un système d'asservissement géométrique détecte et corrige les erreurs géométriques durant la construction de l'objet. Un régulateur OIT (odométrique, intégral, tachymétrique) spatiale 3 D remplace le régulateur OIT traditionel, unidimensionnel et temporel. La commande variable de l'écoulement du liquide complète les trajectoires de déposition à vitesse variable, et corrige les erreurs détectées au moyen du système d'asservissement géométrique. Tous les algorithmes décrits ci-dessus sont intégrés afin de permettre l'utilisation du logiciel du système Cobra 600. De nombreuses techniques novatrices mises au point dans le cadre de cette recherche sont susceptibles d'application aux autres systèmes de prototypage rapide ; en outre, certaines peuvent être appliquées à d'autres domaines, comme la cartographie, le traitement de signaux, et la fabrication.