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機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)級(jí)多材料3D打印技

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責(zé)任編輯：傳說(shuō)的落葉時(shí)間：2019-06-12 09:13

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[導(dǎo)讀]誕生于麻省理工，由機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)級(jí)多材料3D打印技術(shù)

來(lái)源：3D科學(xué)谷

面向塑料零部件批量生產(chǎn)的3D打印技術(shù)，需要同時(shí)滿足速度、精度和質(zhì)量三個(gè)方面的要求，但目前商業(yè)化的3D打印設(shè)備通常難以同時(shí)滿足這三個(gè)要求。

根據(jù)麻省理工新聞（MIT News），一家誕生于麻省理工學(xué)院的創(chuàng)業(yè)公司正在開(kāi)發(fā)一種兼顧打印速度、精度和質(zhì)量的材料噴射3D打印設(shè)備。該設(shè)備的核心技術(shù)是機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，它們就像3D打印設(shè)備的眼睛和大腦，實(shí)時(shí)監(jiān)控著打印過(guò)程，從而提高這種3D打印技術(shù)的打印質(zhì)量、速度，并擴(kuò)展可打印材料的范圍。

Inkbit的3-D打印技術(shù)可以大批量生產(chǎn)多材料物體（如上圖所示的夾管閥）

帶“眼睛”和“大腦”的多材料3D打印技術(shù)
Inkbit是2017年從麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）分離出來(lái)的公司。該公司從DARPA和強(qiáng)生公司獲得了研究經(jīng)費(fèi)資助，打印技術(shù)為材料噴射技術(shù)，打印機(jī)配備機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在打印過(guò)程中掃描每個(gè)打印層，并糾正其中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)用于預(yù)測(cè)材料的翹曲行為，這些人工智能技術(shù)能夠?qū)W習(xí)打印材料屬性并預(yù)測(cè)其行為。

Inkbit 的3D打印設(shè)備中配有專有的高速掃描系統(tǒng)，在每層材料沉積后生成地形圖。在后續(xù)的打印中，任何與預(yù)期幾何形狀不同的差異都會(huì)被校正。這些數(shù)據(jù)還用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該算法通過(guò)學(xué)習(xí)每種材料的屬性預(yù)測(cè)它們的行為，從而確保3D打印設(shè)備快速準(zhǔn)確地構(gòu)建零件。視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)為每個(gè)3D打印提供完整的數(shù)字記錄，實(shí)現(xiàn)3D打印部件的質(zhì)量控制。

2016年，Inkbit的四位工程師將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與3D打印相結(jié)合的想法進(jìn)行商業(yè)化。他們的任務(wù)是使機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)趕上機(jī)器的生產(chǎn)速度。他們首先使用光學(xué)相干斷層掃描（OCT）掃描儀改善3D打印設(shè)備的“眼睛”，該掃描儀使用長(zhǎng)波長(zhǎng)的光以100微米的分辨率透過(guò)材料表面。由于可用的OCT掃描儀掃描速度太慢，無(wú)法掃描3D打印部件的每一層，因此Inkbit構(gòu)建了一個(gè)定制的OCT掃描儀，據(jù)稱其速度比目前市場(chǎng)上的其他產(chǎn)品快100倍。

當(dāng)打印和掃描打印層時(shí)，機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)糾正任何錯(cuò)誤，并主動(dòng)補(bǔ)償變幻無(wú)常的材料的翹曲和收縮行為。Inkbit的設(shè)備中沒(méi)有輥?zhàn)雍凸蔚?，這將進(jìn)一步拓展設(shè)備可打印的材料范圍，制造一些容易卡住刮刀的難打印材料。

與其他3D打印技術(shù)一樣，最終在生產(chǎn)中應(yīng)用的關(guān)鍵是打印材料。Inkbit開(kāi)發(fā)的非接觸式材料噴射3D打印技術(shù)能夠滿足很多具有苛刻性能要求的新材料，包括彈性達(dá)到800%的彈性體和能夠承受高達(dá)170°C高溫的樹(shù)脂，以及打印不同軟硬度的多材料零部件。

還包括制造一些傳統(tǒng)制造工藝中常用的硬材料，如硅膠和環(huán)氧樹(shù)脂，這些材料通常用于絕緣電子產(chǎn)品以及各種消費(fèi)品，健康產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品。這類材料屬于難以進(jìn)行增材制造的材料，在打印時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)分布不均勻、堵塞、以及邊緣收縮等問(wèn)題。Inkbit的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)一直在麻省理工計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室研究這些問(wèn)題。

Inkbit 公司表示，這一3D打印設(shè)備能夠準(zhǔn)確、靈活的制造零部件，例如制造結(jié)構(gòu)性電子零件，如果將芯片或其他電子元件放置在打印區(qū)域，3D打印設(shè)備可以精確地在電子元器件周圍打印材料。其應(yīng)用方向還包括隱形矯正器生產(chǎn)、睡眠呼吸暫停面罩等。

Inkbit 所提供的材料噴射3D打印技術(shù)是一種多材料打印技術(shù)，即同時(shí)沉積不同的材料并進(jìn)行數(shù)字混合。Inkbit系統(tǒng)每小時(shí)可沉積4.5千克材料，同時(shí)構(gòu)建精確到數(shù)十微米的零件。該打印機(jī)配有3種構(gòu)建材料和支撐材料，并可擴(kuò)展至8種。設(shè)備采用模塊化架構(gòu)，組件可快速更換，維修和升級(jí)，并配有自動(dòng)構(gòu)建板加載和后處理工藝。

這一3D打印技術(shù)的研發(fā)人員表示，之前多材料3D打印機(jī)被用于制作原型，還沒(méi)有被用于真正的生產(chǎn)，Inkbit的多材料噴射3D打印設(shè)備是面向批量生產(chǎn)的。

Inkbit 目前已經(jīng)研發(fā)出生產(chǎn)級(jí)的多材料噴射3D打印設(shè)備，該公司在今年年底前開(kāi)始銷售3D打印產(chǎn)品，首家試點(diǎn)用戶是強(qiáng)生公司。明年，開(kāi)始銷售3D打印設(shè)備。

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