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機器視覺和機器學習驅(qū)動的生產(chǎn)級多材料3D打印技

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責任編輯：傳說的落葉時間：2019-06-12 09:13

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[導讀]誕生于麻省理工，由機器視覺和機器學習驅(qū)動的生產(chǎn)級多材料3D打印技術(shù)

來源：3D科學谷

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

根據(jù)麻省理工新聞（MIT News），一家誕生于麻省理工學院的創(chuàng)業(yè)公司正在開發(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)是機器視覺和機器學習系統(tǒng)，它們就像3D打印設(shè)備的眼睛和大腦，實時監(jiān)控著打印過程，從而提高這種3D打印技術(shù)的打印質(zhì)量、速度，并擴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年從麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）分離出來的公司。該公司從DARPA和強生公司獲得了研究經(jīng)費資助，打印技術(shù)為材料噴射技術(shù)，打印機配備機器視覺和機器學習技術(shù)。

機器視覺技術(shù)在打印過程中掃描每個打印層，并糾正其中出現(xiàn)的錯誤。機器學習系統(tǒng)用于預測材料的翹曲行為，這些人工智能技術(shù)能夠?qū)W習打印材料屬性并預測其行為。

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，任何與預期幾何形狀不同的差異都會被校正。這些數(shù)據(jù)還用于訓練機器學習算法，該算法通過學習每種材料的屬性預測它們的行為，從而確保3D打印設(shè)備快速準確地構(gòu)建零件。視覺識別系統(tǒng)為每個3D打印提供完整的數(shù)字記錄，實現(xiàn)3D打印部件的質(zhì)量控制。

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

當打印和掃描打印層時，機器視覺和機器學習系統(tǒng)可以實時自動糾正任何錯誤，并主動補償變幻無常的材料的翹曲和收縮行為。Inkbit的設(shè)備中沒有輥子和刮刀，這將進一步拓展設(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)中應用的關(guān)鍵是打印材料。Inkbit開發(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，包括彈性達到800%的彈性體和能夠承受高達170°C高溫的樹脂，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)氧樹脂，這些材料通常用于絕緣電子產(chǎn)品以及各種消費品，健康產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品。這類材料屬于難以進行增材制造的材料，在打印時通常會出現(xiàn)分布不均勻、堵塞、以及邊緣收縮等問題。Inkbit的創(chuàng)始團隊一直在麻省理工計算機科學與人工智能實驗室研究這些問題。

Inkbit 公司表示，這一3D打印設(shè)備能夠準確、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)，即同時沉積不同的材料并進行數(shù)字混合。Inkbit系統(tǒng)每小時可沉積4.5千克材料，同時構(gòu)建精確到數(shù)十微米的零件。該打印機配有3種構(gòu)建材料和支撐材料，并可擴展至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，并配有自動構(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打印機被用于制作原型，還沒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)級的多材料噴射3D打印設(shè)備，該公司在今年年底前開始銷售3D打印產(chǎn)品，首家試點用戶是強生公司。明年，開始銷售3D打印設(shè)備。

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