MIT團隊給3D打印機裝上“眼睛”和“大腦”

張洹千

Inkbit制造的第一臺使用機器視覺和人工智能的3D打印機

相比傳統(tǒng)制造，3D打印制造出來的物品可以更輕、更結(jié)實、更復(fù)雜。但在改變大多數(shù)器件的生產(chǎn)之前，3D打印首先要克服許多技術(shù)上挑戰(zhàn)。

商業(yè)上可行的打印機通常要提供高速、高精度和高質(zhì)量的材料。但目前很少有3D打印機能同時滿足上述三種特性，這就限制了其作為制造工具的使用。今天，3D打印仍局限于制作設(shè)計原型和特殊部件的小批量生產(chǎn)。

一家麻省理工學(xué)院背景的初創(chuàng)公司Inkbit，正在通過為3D打印機裝上“眼睛”和“大腦”來克服這些限制。

當前，一些 3D 打印使用的最硬的材料，也同樣是傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中最常使用的。這包括硅樹脂等橡膠類材料和環(huán)氧樹脂等高溫材料，通常用于制造絕緣電子產(chǎn)品以及各種消費品、健康產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品。

這些材料通常難以打印，材料分布不均勻和堵塞噴頭，會讓打印過程一團糟。隨著打印的進行，這些材料也會產(chǎn)生邊緣的收縮或變圓。麻省理工學(xué)院電子工程和計算科學(xué)副教授Wojciech Matusi是Inkbit的合伙人，他的計算制造研究組屬于計算科學(xué)與人工智能實驗室（CSAIL），對這些問題進行了多年的研究。

Inkbit3D打印機可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品

能大批量生產(chǎn)多材料物品

在2015年，Matusi團隊就建造了一個相對低成本的、精確的 3D打印機，它通過機器視覺可以同時打印10種材料。這個成果吸引了許多大公司的興趣，希望將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到3D打印上。之后幾年，Matusi團隊得到了Deshpande中心的支持，將他們結(jié)合機器視覺和3D打印的想法商業(yè)化。

Matusik的研究組使用一個簡單的三維掃描儀來跟蹤機器的工藝。在Inkbit的第一臺打印機中，創(chuàng)始人希望極大地提升他們機器中“眼睛”的性能。他們確定使用光學(xué)相干斷層掃描（OCT）技術(shù)，該儀器使用長波長的光來透過材料表面，并以分辨率達到人類頭發(fā)絲粗細的精度來掃描材料的每一層。因為OCT掃描儀通常只用于眼科醫(yī)生對患者眼睛表層以下組織的檢測，所以唯一可用的掃描儀在掃描3D打印部件的每一層時，速度太慢了，所以研究小組咬緊牙關(guān)建造出一臺全定制的OCT，它比市場上任何其他儀器都快100倍。

在打印并掃描一層時，Inkbit獨有的機器視覺和機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以實時自動糾正錯誤，并實時地主動補償材料多變性引起的翹曲和收縮。該工藝去除了其他一些打印機用來保證精度時使用的輥子和刮刀，來進一步擴大能夠打印的材料范圍，避免了在使用難以打印的材料時出現(xiàn)堵塞情況。

Inkbit的合伙人兼CEO Davide Marini表示：“創(chuàng)立公司的初衷就是賦予3D打印機眼睛和大腦”。這個想法揭開了Inkbit 3D 打印機的各種應(yīng)用。這家公司說它能夠比其它的打印機打印得更精確，也能夠打印更多的柔性材料。比如一個產(chǎn)品的內(nèi)部鑲嵌有電腦芯片或者電子元件，這個機器就能夠圍繞這些嬌貴的元件，準確打印出外面的部分。同時，當物體打印完成后，該機器可以保留其數(shù)字備份，保證重復(fù)打印時的質(zhì)量。

設(shè)計這個系統(tǒng)是為了讓用戶在同一臺機器上對新的物品進行原型驗證和生產(chǎn)。Inkbit 現(xiàn)有的工業(yè)打印機有 16 個打印頭，可用多種材料生產(chǎn)部件，并有一個足夠大的打印模塊，使其每年可生產(chǎn)數(shù)10萬個拳頭大小的產(chǎn)品（或少量的大型產(chǎn)品）。該機器非接觸式的噴墨設(shè)計意味著，后續(xù)產(chǎn)品迭代中，僅僅需要簡單地擴展打印模塊，就能打印更大的物品。“以前，人們可以用多材料打印機來制作原型，但它們無法真正生產(chǎn)最終的零件。”Matusik說，并指出Inkbit部件的后處理可以完全自動化，“這點是使用其它任何生產(chǎn)方法無法做到的。”

目前，Inkbit機器所使用的有些打印材料無法從市面上買到，所以公司要研發(fā)自己的打印材料來將其產(chǎn)品的性能提升至極限。明年，Inkbit將研發(fā)出在打印前預(yù)混兩種材料的專有系統(tǒng)，這將使該公司能夠打印更廣泛的工程級材料。

Inkbit仍然是一家初創(chuàng)公司。目前它只有一臺運行中的產(chǎn)品級打印機。但今年晚些時候，Inkbit會開始銷售打印好的產(chǎn)品。明年，它會向早期用戶強生公司銷售其打印機。如果Inkbit能夠引起醫(yī)療設(shè)備、消費產(chǎn)品和汽車元件廠商的興趣，它的機器會在接下來幾年內(nèi)，在這個幾百億美元的市場中扮演領(lǐng)先產(chǎn)品的角色，這個市場包括了牙科矯正器、工業(yè)工具和睡眠呼吸暫停面罩等產(chǎn)品。

“每個人都知道3D打印的優(yōu)勢是巨大的，但大多數(shù)人在使用它時遇到了問題。這項技術(shù)還未成熟。我們的機器是第一個可以學(xué)習(xí)材料屬性，并預(yù)測其行為的機器。我相信它將改變很多事情，因為它能夠使任何人以非常快的速度，實現(xiàn)從一個點子到一個有用產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。它為每個人開辟了商機。”Marini說。如今，創(chuàng)始人花費大量時間來指導(dǎo)那些以前從未使用過3D打印的產(chǎn)品設(shè)計團隊。設(shè)計師和發(fā)明者可能需要一段時間的摸索，才能充分發(fā)掘出這臺多材料3D打印機所提供的可能性。“這個機器的未來遠遠超過現(xiàn)在我們所想的”，Matusik 說，“我對看見人們用這臺機器來生產(chǎn)最終產(chǎn)品非常著迷”。

（摘自美《深科技》）（編輯/小文）