En 3D-printer drevet af maskinsyn og kunstig intelligens

Objekter fremstillet med 3D-udskrivning kan være lettere, stærkere, og mere komplekse end dem, der produceres ved traditionelle fremstillingsmetoder. Men flere tekniske udfordringer skal overvindes, før 3-D-print transformerer produktionen af ​​de fleste enheder.

Kommercielt tilgængelige printere tilbyder generelt kun høj hastighed, høj præcision, eller materialer af høj kvalitet. Sjældent tilbyder de alle tre, begrænser deres anvendelighed som et produktionsværktøj. I dag, 3D-udskrivning bruges hovedsageligt til prototyper og lavvolumenproduktion af specialiserede dele.

Nu Inkbit, en opstart af MIT, arbejder på at bringe alle fordelene ved 3D-print til en række produkter, der aldrig er blevet printet før – og det sigter mod at gøre det i mængder, der radikalt vil forstyrre produktionsprocesser i en række forskellige industrier.

Virksomheden opnår dette ved at parre sin multimateriale inkjet 3-D-printer med maskinsyns- og maskinlæringssystemer. Visionssystemet scanner omfattende hvert lag af objektet, mens det udskrives for at rette fejl i realtid, mens maskinlæringssystemet bruger denne information til at forudsige materialers vridningsadfærd og lave mere nøjagtige slutprodukter.

"Virksomheden blev født ud af ideen om at udstyre en 3-D-printer med øjne og hjerner, " siger Inkbit medstifter og administrerende direktør Davide Marini Ph.D. '03.

Den idé låser op for en række applikationer til Inkbits maskine. Virksomheden siger, at det kan udskrive mere fleksible materialer meget mere præcist end andre printere. Hvis en genstand, inklusive en computerchip eller anden elektronisk komponent, er placeret på udskriftsområdet, maskinen kan præcist udskrive materialer omkring den. Og når et objekt er færdigt, maskinen opbevarer en digital kopi, der kan bruges til kvalitetssikring.

Inkbit er stadig et firma i en tidlig fase. Det har i øjeblikket en operativ printer i produktionskvalitet. Men det vil begynde at sælge trykte produkter senere på året, begyndende med en pilot med Johnson og Johnson, før de sælger sine printere næste år. Hvis Inkbit kan udnytte den aktuelle interesse fra virksomheder, der sælger medicinsk udstyr, forbrugerprodukter, og bilkomponenter, dens maskiner vil spille en førende produktionsrolle på en lang række markeder med flere milliarder dollar i de næste par år, fra tandplejer til industriel værktøjs- og søvnapnømaske.

"Alle ved, at fordelene ved 3D-print er enorme, "Marini siger." Men de fleste mennesker oplever problemer med at vedtage det. Teknologien er der bare ikke endnu. Vores maskine er den første, der kan lære et materiales egenskaber og forudsige dets adfærd. Jeg tror, ​​det vil være transformerende, fordi det vil sætte alle i stand til at gå fra en idé til et brugbart produkt ekstremt hurtigt. Det åbner forretningsmuligheder for alle. "

En printer med potentiale

Nogle af de hårdeste materialer at printe i dag er også de mest almindeligt anvendte i nuværende fremstillingsprocesser. Det omfatter gummilignende materialer som silikone, og højtemperaturmaterialer såsom epoxy, som ofte bruges til isolering af elektronik og i en række forskellige forbrugere, sundhed, og industriprodukter.

Disse materialer er normalt vanskelige at udskrive, hvilket fører til ujævn distribution og udskrivningsprocesfejl som tilstopning. De har også en tendens til at skrumpe eller runde i kanterne med tiden. Inkbit-medstiftere Wojciech Matusik, en lektor i elektroteknik og datalogi, Javier Ramos BS '12 SM '14, Wenshou Wang, og Kiril Vidimče SM '14 har arbejdet på disse problemer i årevis i Matusik's Computational Fabrications Group inden for Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).

I 2015, medstifterne var blandt en gruppe forskere, der skabte en relativt billig, præcis 3D-printer, der kunne udskrive rekord 10 materialer på én gang ved at udnytte maskinsyn. Bedriften fik opmærksomhed fra mange store virksomheder, der er interesserede i at omlægge produktion til 3-D-print, og året efter modtog de fire ingeniører støtte fra Deshpande-centret til at kommercialisere deres idé om at forene maskinsyn med 3-D-print.

På MIT, Matusiks forskningsgruppe brugte en simpel 3D-scanner til at spore maskinens fremskridt. Til Inkbits første printer, grundlæggerne ønskede dramatisk at forbedre "øjnene" på deres maskine. De besluttede at bruge en optisk kohærens tomografi (OCT) scanner, som bruger lange bølgelængder af lys til at se gennem overfladen af ​​materialer og scanne lag af materiale med en opløsning, der svarer til en brøkdel af bredden af ​​et menneskehår.

Fordi OCT -scannere traditionelt kun bruges af øjenlæger til at undersøge under overfladen af ​​patienternes øjne, de eneste tilgængelige var alt for langsomme til at scanne hvert lag af en 3-D-printet del - så Inkbits team "bid i kuglen, "som Marini beskriver det, og byggede en brugerdefineret OCT-scanner, som han siger, er 100 gange hurtigere end noget andet på markedet i dag.

Når et lag udskrives og scannes, virksomhedens proprietære maskinsyn og maskinlæringssystemer korrigerer automatisk eventuelle fejl i realtid og kompenserer proaktivt for den svingende og svindende adfærd for et flygtigt materiale. Disse processer udvider yderligere materialesortimentet, virksomheden er i stand til at udskrive med ved at fjerne rullerne og skrabere, der bruges af nogle andre printere for at sikre præcision, som har tendens til at sætte sig fast, når de bruges med materialer, der er svære at udskrive.

Systemet er designet til at give brugerne mulighed for at prototype og fremstille nye objekter på den samme maskine. Inkbits nuværende industrielle printer har 16 printhoveder til at skabe multimaterialedele og en printblok, der er stor nok til at producere hundredtusindvis af knytnæveprodukter hvert år (eller et mindre antal større produkter). Maskinens kontaktløse inkjet-design betyder, at en forøgelse af størrelsen af ​​senere iterationer vil være lige så enkel som at udvide printblokken.

"Før, folk kunne lave prototyper med multimaterialeprintere, men de kunne ikke rigtig fremstille sidste dele, "Matusik siger, bemærker, at efterbehandlingen af ​​Inkbits dele kan automatiseres fuldt ud. "Dette er noget, der ikke er muligt ved hjælp af andre fremstillingsmetoder."

De nye muligheder i Inkbits maskine betyder, at nogle af de materialer, grundlæggerne ønsker at udskrive med, ikke er tilgængelige, så virksomheden har skabt nogle af sine egne kemier for at presse ydeevnen af ​​deres produkter til det yderste. Et proprietært system til blanding af to materialer lige før udskrivning vil være tilgængeligt på printerne Inkbit -skibe næste år. Det todelte blandingssystem til kemi giver virksomheden mulighed for at udskrive et bredere udvalg af materialer i ingeniørkvalitet.

Johnson og Johnson, en strategisk partner for Inkbit, er i gang med at anskaffe en af ​​de første printere. MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) har også været med til at udsætte Inkbit for førende virksomheder som Amgen, Asics, BAE Systems, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, og andre.

I dag, grundlæggerne bruger meget af deres tid på at uddanne produktdesignteams, der aldrig har været i stand til at 3D-udskrive deres produkter før-endsige integrere elektroniske komponenter i 3D-trykte dele.

Det kan tage et stykke tid, før designere og opfindere udnytter de muligheder, som integreres, multimateriale 3-D print. Men for nu, Inkbit arbejder på at sikre, at når den fremtid kommer, de mest fantasifulde mennesker vil have en maskine at arbejde med.

"Noget af dette er så langt forud for sin tid, "Matusik siger." Jeg tror, ​​det vil være virkelig fascinerende at se, hvordan folk vil bruge det til slutprodukter. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.