MIT團(tuán)隊(duì)給3D打印機(jī)裝上“眼睛”和“大腦”

張洹千

Inkbit制造的第一臺(tái)使用機(jī)器視覺(jué)和人工智能的3D打印機(jī)

相比傳統(tǒng)制造，3D打印制造出來(lái)的物品可以更輕、更結(jié)實(shí)、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(jī)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(jī)能同時(shí)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(jì)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(guò)為3D打印機(jī)裝上“眼睛”和“大腦”來(lái)克服這些限制。

當(dāng)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(shù)脂等橡膠類材料和環(huán)氧樹(shù)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(fèi)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(huì)讓打印過(guò)程一團(tuán)糟。隨著打印的進(jìn)行，這些材料也會(huì)產(chǎn)生邊緣的收縮或變圓。麻省理工學(xué)院電子工程和計(jì)算科學(xué)副教授Wojciech Matusi是Inkbit的合伙人，他的計(jì)算制造研究組屬于計(jì)算科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL），對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了多年的研究。

Inkbit3D打印機(jī)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(tuán)隊(duì)就建造了一個(gè)相對(duì)低成本的、精確的 3D打印機(jī)，它通過(guò)機(jī)器視覺(jué)可以同時(shí)打印10種材料。這個(gè)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(tuán)隊(duì)得到了Deshpande中心的支持，將他們結(jié)合機(jī)器視覺(jué)和3D打印的想法商業(yè)化。

Matusik的研究組使用一個(gè)簡(jiǎn)單的三維掃描儀來(lái)跟蹤機(jī)器的工藝。在Inkbit的第一臺(tái)打印機(jī)中，創(chuàng)始人希望極大地提升他們機(jī)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(zhǎng)波長(zhǎng)的光來(lái)透過(guò)材料表面，并以分辨率達(dá)到人類頭發(fā)絲粗細(xì)的精度來(lái)掃描材料的每一層。因?yàn)镺CT掃描儀通常只用于眼科醫(yī)生對(duì)患者眼睛表層以下組織的檢測(cè)，所以唯一可用的掃描儀在掃描3D打印部件的每一層時(shí)，速度太慢了，所以研究小組咬緊牙關(guān)建造出一臺(tái)全定制的OCT，它比市場(chǎng)上任何其他儀器都快100倍。

在打印并掃描一層時(shí)，Inkbit獨(dú)有的機(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)糾正錯(cuò)誤，并實(shí)時(shí)地主動(dòng)補(bǔ)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(jī)用來(lái)保證精度時(shí)使用的輥?zhàn)雍凸蔚?，?lái)進(jìn)一步擴(kuò)大能夠打印的材料范圍，避免了在使用難以打印的材料時(shí)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(jī)眼睛和大腦”。這個(gè)想法揭開(kāi)了Inkbit 3D 打印機(jī)的各種應(yīng)用。這家公司說(shuō)它能夠比其它的打印機(jī)打印得更精確，也能夠打印更多的柔性材料。比如一個(gè)產(chǎn)品的內(nèi)部鑲嵌有電腦芯片或者電子元件，這個(gè)機(jī)器就能夠圍繞這些嬌貴的元件，準(zhǔn)確打印出外面的部分。同時(shí)，當(dāng)物體打印完成后，該機(jī)器可以保留其數(shù)字備份，保證重復(fù)打印時(shí)的質(zhì)量。

設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)是為了讓用戶在同一臺(tái)機(jī)器上對(duì)新的物品進(jìn)行原型驗(yàn)證和生產(chǎn)。Inkbit 現(xiàn)有的工業(yè)打印機(jī)有 16 個(gè)打印頭，可用多種材料生產(chǎn)部件，并有一個(gè)足夠大的打印模塊，使其每年可生產(chǎn)數(shù)10萬(wàn)個(gè)拳頭大小的產(chǎn)品（或少量的大型產(chǎn)品）。該機(jī)器非接觸式的噴墨設(shè)計(jì)意味著，后續(xù)產(chǎn)品迭代中，僅僅需要簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展打印模塊，就能打印更大的物品?！耙郧埃藗兛梢杂枚嗖牧洗蛴C(jī)來(lái)制作原型，但它們無(wú)法真正生產(chǎn)最終的零件?！盡atusik說(shuō)，并指出Inkbit部件的后處理可以完全自動(dòng)化，“這點(diǎn)是使用其它任何生產(chǎn)方法無(wú)法做到的?！?/p>

目前，Inkbit機(jī)器所使用的有些打印材料無(wú)法從市面上買到，所以公司要研發(fā)自己的打印材料來(lái)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(jí)材料。

Inkbit仍然是一家初創(chuàng)公司。目前它只有一臺(tái)運(yùn)行中的產(chǎn)品級(jí)打印機(jī)。但今年晚些時(shí)候，Inkbit會(huì)開(kāi)始銷售打印好的產(chǎn)品。明年，它會(huì)向早期用戶強(qiáng)生公司銷售其打印機(jī)。如果Inkbit能夠引起醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)產(chǎn)品和汽車元件廠商的興趣，它的機(jī)器會(huì)在接下來(lái)幾年內(nèi)，在這個(gè)幾百億美元的市場(chǎng)中扮演領(lǐng)先產(chǎn)品的角色，這個(gè)市場(chǎng)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(gè)人都知道3D打印的優(yōu)勢(shì)是巨大的，但大多數(shù)人在使用它時(shí)遇到了問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)還未成熟。我們的機(jī)器是第一個(gè)可以學(xué)習(xí)材料屬性，并預(yù)測(cè)其行為的機(jī)器。我相信它將改變很多事情，因?yàn)樗軌蚴谷魏稳艘苑浅？斓乃俣?，?shí)現(xiàn)從一個(gè)點(diǎn)子到一個(gè)有用產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。它為每個(gè)人開(kāi)辟了商機(jī)?！盡arini說(shuō)。如今，創(chuàng)始人花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)指導(dǎo)那些以前從未使用過(guò)3D打印的產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。設(shè)計(jì)師和發(fā)明者可能需要一段時(shí)間的摸索，才能充分發(fā)掘出這臺(tái)多材料3D打印機(jī)所提供的可能性?！斑@個(gè)機(jī)器的未來(lái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)在我們所想的”，Matusik 說(shuō)，“我對(duì)看見(jiàn)人們用這臺(tái)機(jī)器來(lái)生產(chǎn)最終產(chǎn)品非常著迷”。

（摘自美《深科技》）（編輯/小文）