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诞生于麻省理工,由机器视觉和机器学习驱动的生产级多材料3D打印技术

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来源:3D科学谷

面向塑料零部件批量生产的3D打印技术,需要同时满足速度、精度和质量三个方面的要求,但目前商业化的3D打印设备通常难以同时满足这三个要求。

根据麻省理工新闻(MIT News),一家诞生于麻省理工学院的创业公司正在开发一种兼顾打印速度、精度和质量的材料喷射3D打印设备。该设备的核心技术是机器视觉和机器学习系统,它们就像3D打印设备的眼睛和大脑,实时监控着打印过程,从而提高这种3D打印技术的打印质量、速度,并扩展可打印材料的范围。

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Inkbit的3-D打印技术可以大批量生产多材料物体(如上图所示的夹管阀)


带“眼睛”和“大脑”的多材料3D打印技术
Inkbit是2017年从麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)分离出来的公司。该公司从DARPA和强生公司获得了研究经费资助,打印技术为材料喷射技术,打印机配备机器视觉和机器学习技术。

机器视觉技术在打印过程中扫描每个打印层,并纠正其中出现的错误。机器学习系统用于预测材料的翘曲行为,这些人工智能技术能够学习打印材料属性并预测其行为。

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Inkbit 的3D打印设备中配有专有的高速扫描系统,在每层材料沉积后生成地形图。在后续的打印中,任何与预期几何形状不同的差异都会被校正。这些数据还用于训练机器学习算法,该算法通过学习每种材料的属性预测它们的行为,从而确保3D打印设备快速准确地构建零件。视觉识别系统为每个3D打印提供完整的数字记录,实现3D打印部件的质量控制。

2016年,Inkbit的四位工程师将机器视觉技术与3D打印相结合的想法进行商业化。他们的任务是使机器视觉系统赶上机器的生产速度。他们首先使用光学相干断层扫描(OCT)扫描仪改善3D打印设备的“眼睛”,该扫描仪使用长波长的光以100微米的分辨率透过材料表面。由于可用的OCT扫描仪扫描速度太慢,无法扫描3D打印部件的每一层,因此Inkbit构建了一个定制的OCT扫描仪,据称其速度比目前市场上的其他产品快100倍。

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当打印和扫描打印层时,机器视觉和机器学习系统可以实时自动纠正任何错误,并主动补偿变幻无常的材料的翘曲和收缩行为。Inkbit的设备中没有辊子和刮刀,这将进一步拓展设备可打印的材料范围,制造一些容易卡住刮刀的难打印材料。

与其他3D打印技术一样,最终在生产中应用的关键是打印材料。Inkbit开发的非接触式材料喷射3D打印技术能够满足很多具有苛刻性能要求的新材料,包括弹性达到800%的弹性体和能够承受高达170°C高温的树脂,以及打印不同软硬度的多材料零部件。

还包括制造一些传统制造工艺中常用的硬材料,如硅胶和环氧树脂,这些材料通常用于绝缘电子产品以及各种消费品,健康产品和工业产品。这类材料属于难以进行增材制造的材料,在打印时通常会出现分布不均匀、堵塞、以及边缘收缩等问题。Inkbit的创始团队一直在麻省理工计算机科学与人工智能实验室研究这些问题。

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Inkbit 公司表示,这一3D打印设备能够准确、灵活的制造零部件,例如制造结构性电子零件,如果将芯片或其他电子元件放置在打印区域,3D打印设备可以精确地在电子元器件周围打印材料。其应用方向还包括隐形矫正器生产、睡眠呼吸暂停面罩等。

Inkbit 所提供的材料喷射3D打印技术是一种多材料打印技术,即同时沉积不同的材料并进行数字混合。Inkbit系统每小时可沉积4.5千克材料,同时构建精确到数十微米的零件。该打印机配有3种构建材料和支撑材料,并可扩展至8种。设备采用模块化架构,组件可快速更换,维修和升级,并配有自动构建板加载和后处理工艺。

这一3D打印技术的研发人员表示,之前多材料3D打印机被用于制作原型,还没有被用于真正的生产,Inkbit的多材料喷射3D打印设备是面向批量生产的。

Inkbit 目前已经研发出生产级的多材料喷射3D打印设备,该公司在今年年底前开始销售3D打印产品,首家试点用户是强生公司。明年,开始销售3D打印设备。
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