டிஜிட்டல் வரைபடத்தின் குறியீடு: சேர்க்கை உற்பத்தியை இயக்கும் அல்காரிதம்கள்

ஒரு 3டி பிரிண்டர் அடுக்கடுக்காக ஒரு பொருளை உன்னிப்பாக உருவாக்குவதை நாம் காணும்போது, அதன் இயந்திர இயக்கத்தால் கவரப்படுவது எளிது—சுழலும் மோட்டார்கள், ஒளிரும் முனை, டிஜிட்டல் தரவிலிருந்து படிப்படியாக ஒரு வடிவம் வெளிப்படுவது. இருப்பினும், சேர்க்கை உற்பத்தியின் (AM) உண்மையான அற்புதம் அதன் வன்பொருளில் மட்டுமல்ல, ஒவ்வொரு அசைவையும் ஒருங்கிணைக்கும் அமைதியான, மிகவும் சிக்கலான அல்காரிதம்களின் உலகத்திலும் உள்ளது. இந்த அல்காரிதம்கள் கண்ணுக்குத் தெரியாத இயந்திரம், ஒரு படைப்பு யோசனையை ஒரு பௌதீக யதார்த்தமாக மாற்றும் டிஜிட்டல் நடன அமைப்பாளர்கள். அவை 3டி பிரிண்டிங்கை சாத்தியமாக்குவது மட்டுமல்லாமல், புரட்சிகரமாகவும் மாற்றும் முக்கிய நுண்ணறிவு ஆகும்.

சேர்க்கை உற்பத்தி என்பது கணினி-உதவி வடிவமைப்பு (CAD) மாதிரியிலிருந்து முப்பரிமாணப் பொருட்களை உருவாக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும், இது பொதுவாக ஒரு நேரத்தில் ஒரு அடுக்காகப் பொருளைச் சேர்ப்பதன் மூலம் செய்யப்படுகிறது. இந்த தொழில்நுட்பம் ஐரோப்பாவில் நோயாளி-குறிப்பிட்ட மருத்துவ உள்வைப்புகளை உருவாக்குவது முதல் வட அமெரிக்காவில் இலகுரக விண்வெளி கூறுகளைத் தயாரிப்பது மற்றும் ஆசியாவில் நுகர்வோர் மின்னணுவியலுக்கு விரைவான முன்மாதிரிகளை உருவாக்குவது வரை உலகெங்கிலும் உள்ள தொழில்களை மறுவடிவமைக்கிறது. இந்த மாறுபட்ட பயன்பாடுகளை இணைக்கும் உலகளாவிய மொழி கணிதம் ஆகும், இது செயல்முறைக்கு வழிகாட்டும் சக்திவாய்ந்த அல்காரிதம்களில் பொதிந்துள்ளது.

இந்தக் கட்டுரை உங்களை AM-இன் டிஜிட்டல் முதுகெலும்பிற்குள் ஆழமாக அழைத்துச் செல்லும். ஒரு 3டி மாடலை அச்சிடக்கூடிய வழிமுறைகளாக மாற்றும் முக்கிய அல்காரிதம்களை நாங்கள் எளிமையாக விளக்குவோம், அவை வலிமை மற்றும் வேகத்தை எவ்வாறு மேம்படுத்துகின்றன என்பதை ஆராய்வோம், மேலும் செயற்கை நுண்ணறிவு உருவாக்குவதற்கான சாத்தியக்கூறுகளை மறுவரையறை செய்யும் அடுத்த கட்டத்தைப் பார்ப்போம்.

அடித்தளம்: டிஜிட்டல் மாடலிலிருந்து அச்சிடக்கூடிய வழிமுறைகள் வரை

ஒவ்வொரு 3டி அச்சிடப்பட்ட பொருளும் அதன் வாழ்க்கையை ஒரு டிஜிட்டல் கோப்பாகத் தொடங்குகிறது. எந்தப் பொருளும் படியவைக்கப்படுவதற்கு முன்பு, வடிவமைப்பைப் பௌதீக உலகிற்குத் தயார்படுத்த தொடர்ச்சியான முக்கியமான கணக்கீட்டுப் படிகள் நிகழ வேண்டும். இந்தத் தயாரிப்பு கட்டம், டிஜிட்டல் வரைபடம் குறைபாடற்றதாகவும் இயந்திரத்திற்குப் புரியக்கூடியதாகவும் இருப்பதை உறுதிசெய்யும் அல்காரிதம்களால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது.

STL கோப்பு: நடைமுறையில் உள்ள தரநிலை

பல தசாப்தங்களாக, 3டி பிரிண்டிங்கிற்கான மிகவும் பொதுவான கோப்பு வடிவம் STL (Standard Tessellation Language அல்லது Standard Triangle Language) ஆகும். STL வடிவமைப்பின் பின்னணியில் உள்ள அல்காரிதம் கருத்தியல் ரீதியாக எளிமையானது ஆனால் சக்தி வாய்ந்தது: இது டெஸ்ஸலேஷன் எனப்படும் செயல்முறையின் மூலம், ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட முக்கோணங்களின் மெஷ் மூலம் 3டி மாதிரியின் மேற்பரப்பு வடிவவியலைப் பிரதிபலிக்கிறது.

ஒரு சிக்கலான வடிவத்தின் முழு மேற்பரப்பையும் சிறிய முக்கோண ஓடுகளால் மூடுவதை கற்பனை செய்து பாருங்கள். STL கோப்பு என்பது இந்த ஒவ்வொரு முக்கோணத்தின் முனைகளின் ஆயத்தொலைவுகளின் நீண்ட பட்டியல் ஆகும். இந்த அணுகுமுறை பல நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது:

• எளிமை: இது மேற்பரப்பு வடிவவியலை விவரிக்க ஒரு உலகளாவிய, நேரடியான வழியை வழங்குகிறது, இது உலகில் உள்ள ஏறக்குறைய ஒவ்வொரு 3டி பிரிண்டர் மற்றும் CAD மென்பொருள் தொகுப்புடனும் இணக்கமாகிறது.
• அளவிடுதல்: முக்கோணங்களின் அளவு மற்றும் எண்ணிக்கையை மாற்றுவதன் மூலம் மாதிரியின் தெளிவுத்திறனை சரிசெய்யலாம். அதிக எண்ணிக்கையிலான சிறிய முக்கோணங்கள் ஒரு மென்மையான, மேலும் விரிவான மேற்பரப்பை உருவாக்குகின்றன, ஆனால் கோப்பு அளவு அதிகரிக்கும்.

இருப்பினும், STL வடிவத்தில் குறிப்பிடத்தக்க வரம்புகள் உள்ளன. இது மேற்பரப்பு மெஷை மட்டுமே விவரிப்பதால் இது பெரும்பாலும் "ஊமை" வடிவம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது நிறம், பொருள், அமைப்பு அல்லது உள் கட்டமைப்பு பற்றிய எந்த தகவலையும் கொண்டிருக்கவில்லை. இது வெறுமனே உள்ளே மற்றும் வெளியே இடையேயான எல்லையை வரையறுக்கிறது. இது 3MF (3D Manufacturing Format) மற்றும் AMF (Additive Manufacturing File Format) போன்ற மேம்பட்ட வடிவங்களின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது, அவை மேலும் செழிப்பான தரவுத் தொகுப்பைக் கொண்டிருக்கலாம், ஆனால் இப்போதைக்கு STL தான் ஆதிக்கம் செலுத்தும் தரநிலையாக உள்ளது.

மெஷ் பழுது மற்றும் முன்-செயலாக்கம்

ஒரு திடமான CAD மாதிரியிலிருந்து ஒரு முக்கோண மெஷிற்கு மாற்றுவது எப்போதும் சரியானதாக இருப்பதில்லை. இதன் விளைவாக வரும் STL கோப்பில் பெரும்பாலும் அச்சிடுவதற்குப் பேரழிவை ஏற்படுத்தக்கூடிய குறைபாடுகள் இருக்கலாம். ஒரு மாதிரி அச்சிடக்கூடியதாக இருக்க, அதன் மேற்பரப்பு மெஷ் "நீர்ப்புகா" (watertight) ஆக இருக்க வேண்டும், அதாவது அது துளைகள் அல்லது இடைவெளிகள் இல்லாத முற்றிலும் மூடப்பட்ட அளவாக இருக்க வேண்டும்.

இங்குதான் மெஷ் பழுது பார்க்கும் அல்காரிதம்கள் devreக்கு வருகின்றன. இந்த அதிநவீன மென்பொருள் கருவிகள் போன்ற பொதுவான சிக்கல்களைத் தானாகக் கண்டறிந்து சரிசெய்கின்றன:

• துளைகள்: முக்கோணங்கள் காணாமல் போன மெஷில் உள்ள இடைவெளிகள். அல்காரிதம்கள் ஒரு துளையின் எல்லை விளிம்புகளைக் கண்டறிந்து அதை ஒட்ட புதிய முக்கோணங்களை உருவாக்குகின்றன.
• நான்-மேனிஃபோல்ட் வடிவியல் (Non-manifold Geometry): இரண்டுக்கும் மேற்பட்ட முக்கோணங்களால் பகிரப்படும் விளிம்புகள். இது தன்னைத்தானே வெட்டிக்கொள்ளும் ஒரு மேற்பரப்பைக் குறிப்பதால், பௌதீக ரீதியாக அச்சிடுவது சாத்தியமில்லை. அல்காரிதம்கள் இந்த வெட்டும் முகங்களைக் கண்டறிந்து பிரிக்க வேண்டும்.
• புரட்டப்பட்ட நார்மல்கள் (Flipped Normals): ஒவ்வொரு முக்கோணத்திற்கும் மாதிரியின் வெளிப்புறத்தை வரையறுக்கும் ஒரு "நார்மல்" திசையன் உள்ளது. ஒரு முக்கோணத்தின் நார்மல் உள்நோக்கி புரட்டப்பட்டால், எது உள்ளே, எது வெளியே என்பது குறித்து ஸ்லைசர் மென்பொருள் குழப்பமடைகிறது. பழுதுபார்க்கும் அல்காரிதம்கள் இந்த நார்மல்களின் நோக்குநிலையைக் கண்டறிந்து சரிசெய்கின்றன.

இந்த தானியங்கு முன்-செயலாக்க அல்காரிதம்கள் இல்லாமல், பொறியாளர்கள் ஒவ்வொரு மாதிரியையும் கைமுறையாக ஆய்வு செய்து சரிசெய்வதற்கு எண்ணற்ற மணிநேரங்களைச் செலவிட வேண்டியிருக்கும், இது 3டி பிரிண்டிங்கை நடைமுறைக்கு மாறாக உழைப்பு மிகுந்த செயல்முறையாக மாற்றும்.

முக்கிய இயந்திரம்: ஸ்லைசிங் அல்காரிதம்கள்

ஒரு நீர்ப்புகா 3டி மாதிரி தயாரானதும், அது "ஸ்லைசர்" எனப்படும் ஒரு முக்கியமான மென்பொருளுக்குள் செலுத்தப்படுகிறது. ஸ்லைசரின் வேலை, 3டி மாதிரியை நூற்றுக்கணக்கான அல்லது ஆயிரக்கணக்கான மெல்லிய, தனித்தனி கிடைமட்ட அடுக்குகளாகப் பிரித்து, ஒவ்வொன்றையும் அச்சிடுவதற்கான இயந்திரம்-சார்ந்த வழிமுறைகளை உருவாக்குவதாகும். இந்த செயல்முறை 3டி பிரிண்டிங்கின் முழுமையான இதயம் ஆகும்.

ஸ்லைசிங் செயல்முறை விளக்கம்

அதன் மையத்தில், ஸ்லைசிங் அல்காரிதம் தொடர்ச்சியான வடிவியல் குறுக்குவெட்டு செயல்பாடுகளைச் செய்கிறது. இது 3டி மெஷை எடுத்து, இணையான தளங்களின் வரிசையுடன் வெட்டுகிறது, ஒவ்வொரு தளமும் அச்சின் ஒரு அடுக்கைப் பிரதிபலிக்கிறது. இந்த அடுக்குகளின் தடிமன் (எ.கா., 0.1மிமீ, 0.2மிமீ) அச்சு வேகம் மற்றும் இறுதிப் பொருளின் தெளிவுத்திறன் இரண்டையும் பாதிக்கும் ஒரு முக்கிய அளவுருவாகும்.

ஒவ்வொரு குறுக்குவெட்டின் விளைவும் 2டி வரையறைகள் அல்லது மூடப்பட்ட பலகோணங்களின் தொகுப்பாகும், இது அந்த குறிப்பிட்ட உயரத்தில் உள்ள பொருளின் எல்லைகளை வரையறுக்கிறது. ஸ்லைசர் இப்போது ஒரு சிக்கலான 3டி சிக்கலை மேலும் நிர்வகிக்கக்கூடிய தொடர்ச்சியான 2டி சிக்கல்களாக மாற்றியுள்ளது.

உள்ளடைப்பை உருவாக்குதல்: உள் கட்டமைப்பின் கலை

ஒரு 3டி அச்சிடப்பட்ட பொருள் அரிதாகவே திடமான பிளாஸ்டிக்காக இருக்கும். ஒரு திடமான பொருளை அச்சிடுவது நம்பமுடியாத அளவிற்கு மெதுவாக இருக்கும் மற்றும் அதிக அளவு பொருளைப் பயன்படுத்தும். இதைத் தீர்க்க, ஸ்லைசர்கள் ஒரு மெல்லிய உள் ஆதரவு கட்டமைப்பை உருவாக்க உள்ளடைப்பு அல்காரிதம்களைப் (infill algorithms) பயன்படுத்துகின்றன. இந்த உள்ளடைப்பு பொருளின் இறுதி வலிமை, எடை, அச்சு நேரம் மற்றும் பொருள் செலவைத் தீர்மானிப்பதால் இது மிகவும் முக்கியமானது.

நவீன ஸ்லைசர்கள் பலவிதமான உள்ளடைப்பு வடிவங்களை வழங்குகின்றன, ஒவ்வொன்றும் ஒரு வித்தியாசமான அல்காரிதம் மூலம் உருவாக்கப்பட்டு வெவ்வேறு நோக்கங்களுக்காக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன:

• கட்டம் / செவ்வகம் (Grid / Rectilinear): ஒரு எளிய குறுக்கு நெடுக்கான முறை. இது அல்காரிதம் ரீதியாக எளிமையானது மற்றும் அச்சிட வேகமானது ஆனால் முதன்மையாக இரண்டு பரிமாணங்களில் வலிமையை வழங்குகிறது.
• தேன்கூடு / அறுங்கோணம் (Honeycomb / Hexagonal): 2டி தளத்தில் அனைத்து திசைகளிலும் சிறந்த வலிமை-க்கு-எடை விகிதத்தை வழங்குகிறது. இது தேனீக் கூடுகள் முதல் விமான பேனல்கள் வரை எல்லா இடங்களிலும் காணப்படும் ஒரு உன்னதமான பொறியியல் கட்டமைப்பாகும்.
• முக்கோணங்கள் (Triangles): அதிக வலிமையை வழங்குகிறது, குறிப்பாக அடுக்குத் தளத்தில் உள்ள வெட்டு விசைகளுக்கு எதிராக.
• கைராய்டு (Gyroid): ஒரு முப்பரிமாண கால இடைவெளியுடன் கூடிய குறைந்தபட்ச மேற்பரப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சிக்கலான, கவர்ச்சிகரமான முறை. அதன் அல்காரிதம் ஒரு தொடர்ச்சியான, அலை அலையான கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது, இது கிட்டத்தட்ட ஐசோட்ரோபிக் வலிமையை (அனைத்து திசைகளிலும் சமமான வலிமை) வழங்குகிறது மற்றும் சிக்கலான சுமைகளைத் தாங்க வேண்டிய பகுதிகளுக்கு சிறந்தது. இது 3டி பிரிண்டருக்கு உருவாக்குவது எளிது ஆனால் பாரம்பரிய உற்பத்தியால் உருவாக்குவது கிட்டத்தட்ட சாத்தியமற்றது என்பதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு.

உள்ளடைப்பின் தேர்வு ஒரு மூலோபாய முடிவு. ஸ்டுட்கார்ட்டில் ஒரு செயல்பாட்டு முன்மாதிரியை வடிவமைக்கும் ஒரு பொறியாளர் அதிகபட்ச வலிமைக்காக அதிக அடர்த்தி கொண்ட கைராய்டு உள்ளடைப்பைத் தேர்ந்தெடுக்கலாம், அதே நேரத்தில் சியோலில் ஒரு கலைஞர் ஒரு அலங்கார மாதிரியை உருவாக்கும் போது நேரத்தையும் பொருளையும் சேமிக்க மிகக் குறைந்த அடர்த்தி கொண்ட செவ்வக உள்ளடைப்பைத் தேர்வு செய்யலாம்.

ஆதரவு கட்டமைப்புகள்: புவியீர்ப்பை மீறுதல்

சேர்க்கை உற்பத்தி பொருட்களைத் தரையிலிருந்து மேலே உருவாக்குகிறது. ஒரு மாதிரியின் கணிசமான ஓவர்ஹாங்ஸ் அல்லது பாலங்கள் உள்ள பகுதிகளுக்கு இது ஒரு சிக்கலை ஏற்படுத்துகிறது—கீழே ஆதரவு இல்லாத அம்சங்கள். காற்றில் அச்சிட முயற்சிப்பது ஒரு சரிந்த, தோல்வியுற்ற குழப்பத்தில் முடியும்.

இதைத் தீர்க்க, ஸ்லைசர்கள் தானாக ஆதரவு கட்டமைப்புகளை (support structures) உருவாக்க அல்காரிதம்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இவை பிரதான பொருளுடன் அச்சிடப்படும் தற்காலிக, அகற்றக்கூடிய கட்டமைப்புகள் ஆகும், அவை ஓவர்ஹாங்கிங் அம்சங்களைத் தாங்கிப் பிடிக்கின்றன. அல்காரிதம் முதலில் மேற்பரப்பு கோணங்களை பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம் மாதிரியின் எந்தப் பகுதிகளுக்கு ஆதரவு தேவை என்பதை அடையாளம் காண்கிறது. பயனரால் வரையறுக்கப்பட்ட வரம்பை (பொதுவாக 45-50 டிகிரி) விட அதிக கோணத்தில் தொங்கும் எந்த மேற்பரப்பும் கொடியிடப்படுகிறது.

அடுத்து, அல்காரிதம் ஆதரவு வடிவவியலை உருவாக்குகிறது. பொதுவான உத்திகள் பின்வருமாறு:

• நேரியல்/கட்ட ஆதரவுகள் (Linear/Grid Supports): செங்குத்து தூண்களின் ஒரு எளிய கட்டம். உருவாக்குவது எளிது ஆனால் அகற்றுவது கடினமாக இருக்கலாம் மற்றும் பொருளின் மேற்பரப்பை சேதப்படுத்தக்கூடும்.
• மரம் போன்ற ஆதரவுகள் (Tree-like Supports): ஒரு மேம்பட்ட அல்காரிதம், இது முக்கியமான புள்ளிகளில் மட்டுமே மாதிரியைத் தொடும் கரிம, மரம் போன்ற கிளைகளை உருவாக்குகிறது. இவை குறைவான பொருளைப் பயன்படுத்துகின்றன, வேகமாக அச்சிடுகின்றன, மற்றும் அகற்றுவதற்கு எளிதாக இருப்பதால், ஒரு சுத்தமான மேற்பரப்பை விட்டுச் செல்கின்றன.

ஆதரவு உருவாக்கும் அல்காரிதம்களுக்கான இறுதி சவால், அச்சிடும்போது எந்த சரிவையும் தடுக்க போதுமான வலுவான ஒரு கட்டமைப்பை உருவாக்குவது, அதே நேரத்தில் இறுதிப் பகுதியை சேதப்படுத்தாமல் சுத்தமாக உடைக்கக்கூடிய அளவுக்கு தொடர்பு புள்ளியில் பலவீனமாக இருப்பது ஆகும்.

பாதையை உருவாக்குதல்: கருவிப்பாதை உருவாக்கும் அல்காரிதம்கள்

மாதிரியை ஸ்லைஸ் செய்து, உள்ளடைப்பு மற்றும் ஆதரவுகளை வரையறுத்த பிறகு, மென்பொருளானது பிரிண்டரின் முனை, லேசர் அல்லது எலக்ட்ரான் கற்றை ஒவ்வொரு அடுக்கையும் உருவாக்க எடுக்கும் சரியான பௌதீக பாதையை தீர்மானிக்க வேண்டும். இது கருவிப்பாதை உருவாக்கம் (toolpath generation) என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் அதன் வெளியீடு ஜி-கோட் எனப்படும் வழிமுறைகளின் தொகுப்பாகும்.

2டி வரையறைகளிலிருந்து ஜி-கோட் வரை

ஜி-கோட் என்பது 3டி பிரிண்டர்கள் உட்பட CNC (கணினி எண் கட்டுப்பாடு) இயந்திரங்களின் பொதுவான மொழியாகும். இது இயக்கம், வெளியேற்ற விகிதம், விசிறி வேகம், வெப்பநிலை மற்றும் பலவற்றிற்கான கட்டளைகளைக் கொண்ட ஒரு கீழ்-நிலை நிரலாக்க மொழியாகும். ஒரு பொதுவான ஜி-கோட் கட்டளை இப்படி இருக்கலாம்: G1 X105.5 Y80.2 E0.05 F1800, இது இயந்திரத்தை நேர்கோட்டில் (G1) ஒருங்கிணைப்புக்கு (105.5, 80.2) நகர்த்தவும், 1800 மிமீ/நிமிடம் (F1800) வேகத்தில் 0.05 மிமீ பொருளை (E0.05) வெளியேற்றவும் அறிவுறுத்துகிறது.

கருவிப்பாதை அல்காரிதம்கள் 2டி அடுக்கு தரவை (சுற்றளவுகள், உள்ளடைப்பு வடிவங்கள்) ஆயிரக்கணக்கான இந்த வரிசைமுறை ஜி-கோட் கட்டளைகளாக மாற்றுகின்றன. இந்த பணியின் சிக்கலானது மகத்தானது, ஏனெனில் ஒரு உயர்தர முடிவை உருவாக்க அல்காரிதம் பொருள் பண்புகள், வெளியேற்ற அகலம், அச்சு வேகம் மற்றும் பல மாறிகளை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும்.

பாதை திட்டமிடல் உத்திகள் மற்றும் மேம்படுத்தல்

கருவிப்பாதை எவ்வாறு திட்டமிடப்படுகிறது என்பது அச்சு நேரம் மற்றும் இறுதி தரம் இரண்டிலும் மிகப்பெரிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஒரு முக்கிய சவால், அச்சிடாத "பயண நகர்வுகளை" குறைப்பதாகும், அங்கு அச்சுத் தலை பொருளை வெளியேற்றாமல் ஒரு புள்ளியில் இருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு நகர்கிறது. இது ஒரு உன்னதமான மேம்படுத்தல் சிக்கல், இது கணினி அறிவியலில் உள்ள பிரபலமான பயணிக்கும் விற்பனையாளர் சிக்கல் (Traveling Salesperson Problem - TSP) உடன் நெருங்கிய தொடர்புடையது. ஒரு அடுக்கின் அனைத்து தனித்தனி பகுதிகளையும் இணைக்க சாத்தியமான குறுகிய பாதையைக் கணக்கிட திறமையான அல்காரிதம்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது ஒரு நீண்ட அச்சின் போது குறிப்பிடத்தக்க நேரத்தை மிச்சப்படுத்துகிறது.

மற்றொரு முக்கியமான மேம்படுத்தல் மடிப்பு மறைத்தல் (seam hiding) ஆகும். ஒவ்வொரு முறையும் பிரிண்டர் ஒரு சுற்றளவு வளையத்தை முடிக்கும்போது, அது ஒரு புதிய ஒன்றைத் தொடங்க வேண்டும், இது "மடிப்பு" அல்லது "zit" எனப்படும் ஒரு சிறிய குறைபாட்டை உருவாக்குகிறது. மடிப்பு மறைத்தல் அல்காரிதம்கள் இந்த மடிப்பை ஒரு கூர்மையான மூலையில் அல்லது மாதிரியின் உள், மறைக்கப்பட்ட மேற்பரப்பு போன்ற குறைந்த கவனிக்கத்தக்க இடத்தில் வைக்க முயற்சிக்கின்றன.

செயல்முறை-சார்ந்த அல்காரிதம்கள்: FDM-க்கு அப்பால்

நாங்கள் உருகிய படிவு மாடலிங் (FDM) மீது கவனம் செலுத்தியிருந்தாலும், மற்ற AM தொழில்நுட்பங்கள் வேறுபட்ட மற்றும் பெரும்பாலும் மிகவும் சிக்கலான அல்காரிதம்களை நம்பியுள்ளன:

• ஸ்டீரியோலித்தோகிராஃபி (SLA) மற்றும் டிஜிட்டல் லைட் பிராசசிங் (DLP): இந்த வாட் ஃபோட்டோபாலிமரைசேஷன் செயல்முறைகள் திரவ பிசினை குணப்படுத்த ஒளியைப் பயன்படுத்துகின்றன. அவற்றின் அல்காரிதம்கள் ஒரு அடுக்கில் உள்ள ஒவ்வொரு வோக்சலுக்கும் (3டி பிக்சல்) துல்லியமான லேசர் வெளிப்பாடு நேரம் அல்லது புற ஊதா ஒளி தீவிரத்தைக் கணக்கிட வேண்டும். பிசினுக்குள் ஒளி சிதறல் மற்றும் அது குணமடையும்போது ஏற்படும் பொருள் சுருக்கத்தை ஈடுசெய்ய அதிநவீன மாதிரிகளையும் அவை இணைக்க வேண்டும்.
• தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட லேசர் சின்டரிங் (SLS) மற்றும் மல்டி ஜெட் ஃபியூஷன் (MJF): இந்த பவுடர் பெட் ஃபியூஷன் நுட்பங்களுக்கு பாலிமர் அல்லது உலோகப் பொடியின் சிறிய துகள்களை சரியாக இணைக்க லேசர் சக்தி மற்றும் ஸ்கேன் வேகத்தை நிர்வகிக்க அல்காரிதம்கள் தேவைப்படுகின்றன. முக்கியமாக, அவை உருவாக்கத் தொகுதிக்குள் பல பகுதிகளை ஏற்பாடு செய்ய சிக்கலான நெஸ்டிங் அல்காரிதம்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இது "பின் பேக்கிங் சிக்கலின்" 3டி பதிப்பாகும், இதன் நோக்கம் ஒரு கொள்கலனில் முடிந்தவரை பல பொருட்களைப் பொருத்தி, செயல்திறனை அதிகரித்து, சின்டர் செய்யப்படாத பொடி கழிவுகளைக் குறைப்பதாகும்.

அடுத்த கட்டம்: மேம்பட்ட மற்றும் AI-இயக்கப்படும் அல்காரிதம்கள்

3டி பிரிண்டிங் அல்காரிதம்களின் பரிணாம வளர்ச்சி முடிவடையவில்லை. இன்று, நாம் ஒரு அற்புதமான புதிய சகாப்தத்தில் நுழைகிறோம், அங்கு செயற்கை நுண்ணறிவு மற்றும் மேம்பட்ட கணக்கீட்டு முறைகள் அச்சிடும் செயல்முறையை மேம்படுத்துவதோடு மட்டுமல்லாமல், வடிவமைப்பு செயல்முறையையே அடிப்படையில் புதுப்பித்து வருகின்றன.

டோபாலஜி மேம்படுத்தல்: செயல்திறனுக்கான வடிவமைப்பு, தோற்றத்திற்காக அல்ல

டோபாலஜி மேம்படுத்தல் என்பது வடிவமைப்பை ஒரு கணித சிக்கலாகக் கருதும் ஒரு சக்திவாய்ந்த அல்காரிதம் அணுகுமுறையாகும். ஒரு பொறியாளர் ஒரு வடிவமைப்பு இடத்தை வரையறுத்து, எதிர்பார்க்கப்படும் சுமைகள், கட்டுப்பாடுகள் மற்றும் எல்லை நிபந்தனைகளைப் பயன்படுத்துகிறார், மேலும் அந்த செயல்திறன் இலக்குகளை அடைய பொருளின் மிகவும் திறமையான விநியோகத்தை அல்காரிதம் கண்டறிகிறது.

மென்பொருள் அடிப்படையில் ஆயிரக்கணக்கான வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு பகுப்பாய்வு (FEA) உருவகப்படுத்துதல்களை இயக்குகிறது, குறைந்த அழுத்தப் பகுதிகளில் இருந்து பொருளை மீண்டும் மீண்டும் அகற்றி, அத்தியாவசிய, சுமை தாங்கும் கட்டமைப்பு மட்டுமே எஞ்சும் வரை. இதன் விளைவாக வரும் வடிவமைப்புகள் பெரும்பாலும் கரிம, எலும்புக்கூடு மற்றும் உள்ளுணர்வுக்கு மாறானவையாக இருக்கின்றன, ஆனால் அவை மனிதனால் கற்பனை செய்ய முடியாத மற்றும் பாரம்பரிய உற்பத்தியால் உற்பத்தி செய்ய முடியாத நம்பமுடியாத வலிமை-க்கு-எடை விகிதங்களைக் கொண்டுள்ளன. ஜெனரல் எலக்ட்ரிக் போன்ற உலகளாவிய நிறுவனங்கள் இதை அதன் புகழ்பெற்ற LEAP இயந்திர எரிபொருள் முனைகளை வடிவமைக்கப் பயன்படுத்தின, அவை வழக்கமாக தயாரிக்கப்பட்ட முன்னோடிகளை விட 25% இலகுவானவை மற்றும் ஐந்து மடங்கு நீடித்தவை. ஏர்பஸ் நிறுவனம் தனது A320 விமானத்திற்காக ஒரு "பயோனிக் பார்ட்டிஷனை" வடிவமைக்க டோபாலஜி மேம்படுத்தலைப் பிரபலமாகப் பயன்படுத்தியுள்ளது, இது குறிப்பிடத்தக்க எடை மற்றும் எரிபொருளைச் சேமிக்கிறது.

உருவாக்கும் வடிவமைப்பு: AI ஒரு படைப்பாற்றல் பங்காளராக

இதை ஒரு படி மேலே கொண்டு செல்வது உருவாக்கும் வடிவமைப்பு (generative design) ஆகும். டோபாலஜி மேம்படுத்தல் ஒரு தற்போதைய வடிவமைப்பு இடத்தை செம்மைப்படுத்தும் அதே வேளையில், உருவாக்கும் வடிவமைப்பு AI-ஐப் பயன்படுத்தி ஆயிரக்கணக்கான வடிவமைப்பு சாத்தியக்கூறுகளை அடிப்படையிலிருந்து ஆராய்கிறது. வடிவமைப்பாளர் பொருட்கள், உற்பத்தி முறைகள் மற்றும் செலவு வரம்புகள் போன்ற உயர்-நிலை இலக்குகள் மற்றும் கட்டுப்பாடுகளை உள்ளிடுகிறார்—மற்றும் AI அல்காரிதம் பல வடிவமைப்பு தீர்வுகளை உருவாக்குகிறது.

இந்த செயல்முறை இயற்கையின் பரிணாம அணுகுமுறையை வடிவமைப்பில் பின்பற்றுகிறது, இது ஒரு மனித வடிவமைப்பாளர் ஒருபோதும் கருத்தில் கொள்ளாத நாவல் மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட வடிவவியல்களை அளிக்கிறது. இது பொறியாளரின் பங்கை ஒரு வரைவாளரிடமிருந்து AI-உருவாக்கிய தீர்வுகளின் ஒரு பராமரிப்பாளராக மாற்றுகிறது, புதுமைகளை விரைவுபடுத்துகிறது மற்றும் செயல்திறனின் எல்லைகளைத் தள்ளுகிறது. இது ஆட்டோடெஸ்க் மற்றும் அதன் கூட்டாளர்களால் இலகுவான ஆட்டோமொபைல் சேஸ் முதல் அதிக பணிச்சூழலியல் கொண்ட சக்தி கருவிகள் வரை அனைத்தையும் உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

உள்-செயல்முறை கட்டுப்பாட்டிற்கான இயந்திர கற்றல்

நம்பகமான சேர்க்கை உற்பத்திக்கான புனிதக் கிண்ணம் ஒரு மூடிய-வளைய கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு ஆகும். தற்போதைய செயல்முறை பெரும்பாலும் திறந்த-வளையம்: நாங்கள் ஜி-கோடை பிரிண்டருக்கு அனுப்பிவிட்டு சிறந்ததை எதிர்பார்க்கிறோம். எதிர்காலம் இயந்திர கற்றலால் இயக்கப்படும் உள்-செயல்முறை கட்டுப்பாட்டில் (in-situ process control) உள்ளது.

இது அச்சிடும் செயல்பாட்டின் போது அதிக அளவு தரவைச் சேகரிக்க கேமராக்கள், வெப்ப இமேஜர்கள் மற்றும் ஒலி மானிட்டர்கள் போன்ற சென்சார்களை பிரிண்டர்களில் பொருத்துவதை உள்ளடக்கியது. ஆயிரக்கணக்கான வெற்றிகரமான மற்றும் தோல்வியுற்ற பிரிண்டுகளின் தரவுகளில் பயிற்சி பெற்ற ஒரு இயந்திர கற்றல் மாதிரி, இந்த நிகழ்நேர தரவைப் பகுப்பாய்வு செய்து, அடுக்கு நகர்தல், முனை அடைப்பு அல்லது வளைத்தல் போன்ற முரண்பாடுகளை அவை நிகழும்போது கண்டறிய முடியும். அதன் இறுதி வடிவத்தில், அமைப்பு ஒரு பிழையைக் கொடியிடுவது மட்டுமல்லாமல், வெப்பம், வேகம் அல்லது ஓட்ட விகிதம் போன்ற அச்சிடும் அளவுருக்களைத் தானாகவே சரிசெய்து சிக்கலை சரிசெய்யும். இது நம்பகத்தன்மையை வியத்தகு முறையில் அதிகரிக்கும், தோல்வி விகிதங்களைக் குறைக்கும், மற்றும் உண்மையான "விளக்குகள் அணைக்கப்பட்ட" 24/7 உற்பத்தியை செயல்படுத்தும்.

ஸ்மார்ட் பிரிண்டிங்கின் உலகளாவிய தாக்கம்

இந்த அல்காரிதம்களின் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றம் சேர்க்கை உற்பத்தியின் உலகளாவிய தத்தெடுப்பிற்கான முதன்மை ஊக்கியாக உள்ளது. ஸ்மார்ட்டான அல்காரிதம்கள் பின்வருவனவற்றைச் செயல்படுத்துகின்றன:

• வெகுஜன தனிப்பயனாக்கம்: பெல்ஜியத்தில் உள்ள ஒரு மருத்துவமனையில் நோயாளி-குறிப்பிட்ட அறுவை சிகிச்சை வழிகாட்டிகளை அல்காரிதம் ரீதியாக உருவாக்குதல், சுவிட்சர்லாந்தில் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட காது கேட்கும் கருவிகள், அல்லது அமெரிக்காவில் உள்ள ஒரு ஸ்டார்ட்அப்பில் இருந்து தனிப்பயனாக்கப்பட்ட காலணிகள்.
• விநியோகச் சங்கிலி பின்னடைவு: கடலில் உள்ள கப்பல்களுக்கான முக்கியமான உதிரி பாகங்கள், தொலைதூர சுரங்க நடவடிக்கைகளில் உள்ள உபகரணங்கள், அல்லது விண்வெளியில் உள்ள கூறுகளைத் தேவைக்கேற்ப அச்சிட உதவும் அல்காரிதம்கள், வேலையில்லா நேரத்தையும் பலவீனமான உலகளாவிய விநியோகச் சங்கிலிகளின் சார்பையும் வெகுவாகக் குறைக்கின்றன.
• நிலைத்தன்மை: டோபாலஜி மேம்படுத்தல் மற்றும் உருவாக்கும் வடிவமைப்பு ஆகியவை தேவையான மிகக் குறைந்த அளவு பொருளுடன் பாகங்களை உருவாக்குகின்றன, இது கழிவுகளைக் குறைக்கிறது. உள்ளூர், தேவைக்கேற்ப உற்பத்தி உலகளாவிய கப்பல் போக்குவரத்து மற்றும் பெரிய சரக்குகளுடன் தொடர்புடைய கார்பன் தடத்தையும் குறைக்கிறது.
• முன்னோடியில்லாத புதுமை: பாரம்பரிய உற்பத்தியின் கட்டுப்பாடுகளை அகற்றுவதன் மூலம், இந்த அல்காரிதம்கள் தயாரிப்பு வடிவமைப்பின் ஒரு புதிய சகாப்தத்தைத் திறக்கின்றன, அங்கு சிக்கலானது அடிப்படையில் இலவசம், இது பொறியாளர்கள் மற்றும் வடிவமைப்பாளர்களுக்கு ஒரு புதிய தலைமுறை மிகவும் திறமையான, இலகுரக மற்றும் திறன் கொண்ட தயாரிப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது.

முடிவுரை: உருவாக்கத்தின் பின்னணியில் உள்ள குறியீடு

சேர்க்கை உற்பத்தி என்பது பொருள் அறிவியல், இயந்திர பொறியியல், மற்றும் மிக முக்கியமாக, கணினி அறிவியலின் ஒரு சக்திவாய்ந்த ஒருங்கிணைப்பாகும். பௌதீக பிரிண்டர் தொழில்நுட்பத்தின் புலப்படும் முகமாக இருந்தாலும், கண்ணுக்குத் தெரியாத அல்காரிதம்கள் அதன் மூளை மற்றும் நரம்பு மண்டலம். ஒரு STL கோப்பின் எளிய டெஸ்ஸலேஷன் முதல் உருவாக்கும் வடிவமைப்பின் AI-இயக்கப்படும் படைப்பாற்றல் வரை, இது வன்பொருளின் திறனைத் திறக்கும் குறியீடு ஆகும்.

இந்த அல்காரிதம்கள் மேலும் புத்திசாலித்தனமாகவும், மேலும் முன்கணிப்புடனும், மேலும் தன்னாட்சியாகவும் மாறும்போது, அவை சேர்க்கை புரட்சியை முன்னோக்கித் தொடரும். அவை 3டி பிரிண்டர்களை எளிய முன்மாதிரி கருவிகளிலிருந்து அதிநவீன, ஸ்மார்ட் உற்பத்தி தளங்களாக மாற்றுகின்றன, அவை நாம் எவ்வாறு வடிவமைக்கிறோம், உருவாக்குகிறோம் மற்றும் உலகம் முழுவதும் பௌதீக பொருட்களை விநியோகிக்கிறோம் என்பதை மறுவரையறை செய்யத் தயாராக உள்ளன. அடுத்த முறை நீங்கள் ஒரு 3டி பிரிண்டர் வேலை செய்வதைப் பார்க்கும்போது, திரைக்குப் பின்னால் நிகழ்த்தப்படும் சிக்கலான டிஜிட்டல் நடனத்தை நினைவில் கொள்ளுங்கள்—இது முற்றிலும் அல்காரிதம்களால் நடனமாக்கப்பட்டது.