隨著中國高端工業對設計及生產制造效率的要求日益提高，增材制造以其獨特的工藝屬性，正成為解決復雜加工快速化問題的重要手段。3D打印相較傳統加工方式具有低成本、高效率、應用場景適應性好等優勢。結構復雜的零件也可以快速加工成形，從而縮短產品研發周期，提高材料利用率，極大優化了傳統的制造模式。當前3D打印已被廣泛應用于航空航天、汽車、醫療等領域，并將逐漸被應用于更多的領域中。

過去10年，全球3D打印行業呈現快速發展態勢，據AM Reference援引 《Wohlers Report 2023》數據，2022年全球3D打印市場規模達180億美元，年增長率達18.3%，相較于2012年的22.88億美元增長近8倍。根據華曙高科招股說明數據，2025年增材制造行業規模較2020年將增長2倍，達到298億美元，到2030年將增長5.6倍，達到853億美元。

3D打印產品

固高伺創GSHD高性能伺服驅動器在華東某客戶的3D打印機設備中得到了批量應用。下圖展示的是高溫材料3D打印設備，可打印PEEK、PEEK-CF、PEKK等高性能材料及多種工程塑料(如PA、PC、ABS等),打印件精度可達50微米。

高溫材料3D打印設備

解決方案

固高科技為客戶量身定制的GTS運動控制卡+GSHD伺服驅動器的解決方案使用差分脈沖控制，實現規劃平滑連續，高階可導，解決了傳統方案中軌跡過大滯后的問題。

運動控制系統架構圖

目前3D打印使用材料主要為樹脂塑料，塑料材料又以聚丙烯（PP）應用最廣。但聚丙烯在3D打印過程中容易發生翹曲變形，最終造成“料已成材，卻無成器”的結果。客戶使用單端脈沖控制的PLC，發給驅動器的規劃有毛刺且容易受到干擾，如下圖所示。驅動器收到的規劃速度不平滑，導致電機運行震動明顯，誤差較大。

未做濾波處理前的運動誤差

經過GSHD伺服驅動器高性能IIR濾波器處理后，誤差明顯減小，加工效果達到打印要求。

對規劃進行濾波處理

濾波處理后的運動誤差

由于GSHD系列伺服驅動器的位置環控制周期為125us，大于控制器的規劃周期，所以位置環輸入濾波器通常用于減緩規劃指令的階梯突變，降低規劃不連續對設備造成的沖擊，延長設備使用壽命，提高控制精度。
GSHD系列伺服驅動器的位置環輸入濾波器分為FIR濾波器和IIR濾波器兩種：FIR濾波器平滑時間取值范圍為 0.5~127ms，值越大平緩效果越強，但設置值過大會造成系統節拍變慢，規劃和反饋滯后越嚴重；IIR濾波器截止頻率越小，濾波效果越明顯，可有效降低控制器指令加加速度時間，同樣，濾波越深，規劃和反饋滯后越嚴重。