Детальная информация

Работа посвящена разработке программной системы автоматизированного подбора параметров 3D-печати, направленной на сокращение количества пробных экспериментов и повышение эффективности настройки режимов печати. В ходе исследования были решены следующие задачи: 1. Изучены особенности технологии FDM-печати и влияние технологических параметров на качество печати. 2. Выполнен анализ существующих подходов к подбору параметров 3D- печати. 3. Сформулирована математическая постановка задачи оптимизации. 4. Разработана программная система автоматизированного подбора параметров. 5. Реализованы механизмы ограничений и зависимостей между параметрами процесса печати. 6. Проведён вычислительный эксперимент и выполнен сравнительный анализ разработанных алгоритмов. В работе рассмотрены основные параметры процесса 3D-печати, влияющие на качество формирования изделия и прочность сцепления с рабочей поверхностью. Выполнен анализ существующих методов настройки параметров и выявлены ограничения ручного подбора режимов печати. Разработана программная система на языке Python с использованием библиотеки Optuna. Реализованы алгоритмы последовательного подбора параметров, механизмы ограничения пространства поиска и учёта зависимостей между параметрами. Проведён вычислительный эксперимент, показавший, что использование ограничений и зависимостей между параметрами позволяет сократить количество неэффективных испытаний, повысить устойчивость оптимизации и ускорить поиск эффективных режимов печати.

The work is devoted to the development of a software system for automated optimization of 3D printing parameters aimed at reducing the number of trial experiments and improving the efficiency of print setup. The following tasks were solved during the research: 1. Analysis of FDM printing technology and the influence of technological parameters on print quality. 2. Review of existing approaches to 3D printing parameter tuning. 3. Formulation of the mathematical optimization problem. 4. Development of a software system for automated parameter optimization. 5. Implementation of parameter constraints and dependencies. 6. Computational experiments and comparative analysis of the developed algorithms. The work considers the main technological parameters affecting print quality and adhesion strength between the printed object and the build surface. Existing approaches to parameter tuning were analyzed, and the limitations of manual parameter selection were identified. A software system was developed in Python using the Optuna library. Sequential parameter optimization algorithms, search space constraints, and parameter dependency mechanisms were implemented. Computational experiments demonstrated that incorporating constraints and parameter dependencies reduces the number of ineffective trials, improves optimization stability, and accelerates convergence toward efficient printing modes.

• РЕФЕРАТ
• ABSTRACT
• Введение
  • Объект и предмет исследования
  • Цель и задачи исследования
  • Практическая значимость работы
  • Структура работы
  • Глава 1. Теоретические основы 3D-печати и влияния технологических параметров на качество изделий.
  • 1.1. Основы технологии 3D-печати
    • 1.1.1. Принцип работы технологии
    • 1.1.2. Основные компоненты 3D-принтера
    • 1.1.3. Процесс формирования слоя
  • 1.2. Параметры 3D-печати и их влияние на прочность сцепления с подложкой
    • 1.2.1. Общая характеристика параметров печати
    • 1.2.2. Температурные параметры процесса
    • 1.2.3. Скорость печати
    • 1.2.4. Высота слоя и её влияние на формирование первого слоя
    • 1.2.5. Взаимосвязь параметров и сложность процесса печати
    • Вывод по главе
• Глава 2. Постановка задачи и анализ подходов к автоматизированному подбору параметров 3D-печати.
  • 2.1. Сравнительный анализ методов оптимизации параметров 3D-печати
    • 2.1.1. Ручной подбор параметров
    • 2.1.2. Использование готовых профилей печати
    • 2.1.3. Автоматизированный подбор параметров
    • 2.1.4. Выбор подхода для данной работы
  • 2.2. Выбор инструментальных средств и архитектурных решений
    • 2.2.1. Выбор языка программирования
    • 2.2.2. Выбор библиотеки оптимизации
    • 2.2.3. Выбор библиотек обработки данных
    • 2.2.4. Выбор средств визуализации
  • 2.3. Постановка задачи разработки системы оптимизации параметров 3D-печати
    • 2.3.1. Оптимизируемые параметры
    • 2.3.2. Ограничения задачи оптимизации
    • 2.3.3. Зависимости между параметрами
    • 2.3.4. Требования к разрабатываемой системе
    • 2.3.5. Функциональные требования
    • 2.3.6 Требования к структуре системы
• Глава 3. Разработка и исследование системы автоматизированного подбора параметров 3D-печати.
  • 3.1. Математическая постановка задачи оптимизации
    • 3.1.1. Формализация пространства параметров и целевая функция
    • 3.1.2. Целевая функция
    • 3.1.2. Ограничения на параметры
  • 3.2. Постановка и организация эксперимента
    • 3.2.1. Выбор параметров и факторов
    • 3.2.2. Общая схема эксперимента
    • 3.2.3. Исследуемые алгоритмы
    • 3.2.4. Оценка эффективности алгоритмов
  • 3.3. Программная реализация системы автоматизированного подбора параметров
    • 3.3.1. Общая структура программы
    • 3.3.2. Реализация базового алгоритма подбора параметров
    • 3.3.3. Реализация системы ограничений параметров
    • 3.3.4. Реализация алгоритма с учётом зависимостей между параметрами
    • 3.3.5. Реализация взаимодействия с оператором и процесса оптимизации
    • 3.3.6. Реализация анализа и визуализации результатов
  • 3.4. Экспериментальное исследование и анализ результатов оптимизации параметров
    • 3.4.1. Постановка эксперимента
    • 3.4.2. Сравнение ручного подбора и базового алгоритма оптимизации
    • 3.4.3. Исследование алгоритма с ограничениями пространства поиска
    • 3.4.4. Исследование алгоритма с учётом зависимостей между параметрами
    • 3.4.5. Ограничения проведённого эксперимента
    • 3.4.6. Возможные направления развития работы
    • 3.4.7. Выводы по экспериментальному исследованию
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение