GTS+GSHD|助力3D打印设备高速高精制造

随着中国高端工业对设计及生产制造效率的要求日益提高，增材制造以其独特的工艺属性，正成为解决复杂加工快速化问题的重要手段。3D打印相较传统加工方式具有低成本、高效率、应用场景适应性好等优势。结构复杂的零件也可以快速加工成形，从而缩短产品研发周期，提高材料利用率，极大优化了传统的制造模式。当前3D打印已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域，并将逐渐被应用于更多的领域中。

过去10年，全球3D打印行业呈现快速发展态势，据AM Reference援引 《Wohlers Report 2023》数据，2022年全球3D打印市场规模达180亿美元，年增长率达18.3%，相较于2012年的22.88亿美元增长近8倍。根据华曙高科招股说明数据，2025年增材制造行业规模较2020年将增长2倍，达到298亿美元，到2030年将增长5.6倍，达到853亿美元。

3D打印产品

固高伺创GSHD高性能伺服驱动器在华东某客户的3D打印机设备中得到了批量应用。下图展示的是高温材料3D打印设备，可打印PEEK、PEEK-CF、PEKK等高性能材料及多种工程塑料(如PA、PC、ABS等),打印件精度可达50微米。

高温材料3D打印设备

解决方案

固高科技为客户量身定制的GTS运动控制卡+GSHD伺服驱动器的解决方案使用差分脉冲控制，实现规划平滑连续，高阶可导，解决了传统方案中轨迹过大滞后的问题。

运动控制系统架构图

目前3D打印使用材料主要为树脂塑料，塑料材料又以聚丙烯（PP）应用最广。但聚丙烯在3D打印过程中容易发生翘曲变形，最终造成“料已成材，却无成器”的结果。客户使用单端脉冲控制的PLC，发给驱动器的规划有毛刺且容易受到干扰，如下图所示。驱动器收到的规划速度不平滑，导致电机运行震动明显，误差较大。

未做滤波处理前的运动误差

经过GSHD伺服驱动器高性能IIR滤波器处理后，误差明显减小，加工效果达到打印要求。

对规划进行滤波处理

滤波处理后的运动误差

由于GSHD系列伺服驱动器的位置环控制周期为125us，大于控制器的规划周期，所以位置环输入滤波器通常用于减缓规划指令的阶梯突变，降低规划不连续对设备造成的冲击，延长设备使用寿命，提高控制精度。
GSHD系列伺服驱动器的位置环输入滤波器分为FIR滤波器和IIR滤波器两种：FIR滤波器平滑时间取值范围为 0.5~127ms，值越大平缓效果越强，但设置值过大会造成系统节拍变慢，规划和反馈滞后越严重；IIR滤波器截止频率越小，滤波效果越明显，可有效降低控制器指令加加速度时间，同样，滤波越深，规划和反馈滞后越严重。