An Approach of Path Optimization Algorithm for 3D Concrete Printing Based on Graph Theory

Abstract

In this paper, a method of 3D concrete printing is used to find the optimal path of the nozzle running path. We propose a path optimization algorithm based on graph theory to solve two key problems in 3D concrete printing. The partitioning algorithm based on graph theory was adopted to improve the forming quality of concrete components, and ant colony algorithm was used to reduce printing time. The method was evaluated with 3D concrete printing experiments after introducing the process of implementing the partition algorithm and ant colony algorithm. The experiment results show a significant reduction in the idle strokes and the nozzle head-up times of the running path planned by the method in this paper. This has a direct impact on shortening the printing time and improving the forming quality. Compared with the other three conventional algorithms, the idle strokes of the nozzle planned by the method in this paper are reduced by 18.94%, 37.88%, and 66.67%, and the nozzle head-up times are reduced by 1.59%, 2.15%, and 8.69%. It provides a practical reference for the path optimization of 3D concrete printing.

Propuesta para Encontrar una ruta más Corta en un Entorno de Búsqueda 2D

“…Encontrar la solución de un laberinto depende de la representación del espacio de búsqueda, para el trabajo que aquí se presenta es para entornos tipo rejilla (grid) rectangular; sin embargo, este tipo de representación también se puede combinar con un grafo, en la que el problema entonces se convierte en encontrar la ruta entre dos nodos [9]- [11].…”

“…En trabajo citado [5], se analizan los algoritmos para construir laberintos: Aldous-Brother, Backtrack; también se analiza la solución de laberintos con el algoritmo Dijkstra y el algoritmo búsqueda profunda, hace un comparativo para encontrar la solución de un laberinto con dimensiones parecidas. Los laberintos se representan en entornos tipo rejilla con dimensiones de n por m. En trabajo con la citación [11], se trata el problema de "búsqueda de una ruta óptima en un entorno virtual, caso de estudio laberinto ampliado, mediante la implementación del algoritmo A*(A Estrella), el cual utiliza dos listas que controlan la secuencia de exploración en el laberinto ampliado y de una medida heurística que lo convierte en un método rápido y óptimo". En este trabajo en particular se utiliza la búsqueda informada debido a que desde un inicio se sabe la celda que se desea alcanzar, el problema es tomar decisiones que acerquen al objetivo perseguido, para ello hace uso de métricas de distancia, también conocidas con heurísticas, los laberintos son tipo rejilla.…”

Solving Some Graph Problems in Composite 3D Printing Using Spreadsheet Modeling

“…This allows for complex geometries and intricate designs, optimizing designs, and reducing weight while maintaining mechanical integrity. However, it is worth noting that the 3D printing of composite materials also poses some challenges [3]. Some of them, for instance toolpath planning and optimization, material allocation and scheduling, optimizing printing parameters, can be solved using graph theory.…”