2020年9月25日 机器视觉与计算机视觉技术

由机器视觉和人工智能驱动的3D打印机

使用3D打印制作的物体比传统制造方法制造的物体更轻,更坚固,更复杂。但是,在3D打印改变大多数设备的生产之前,必须克服一些技术挑战。

商业上可获得的打印机通常仅提供高速,高精度或高质量的材料。他们很少提供所有这三种,限制了它们作为制造工具的实用性。如今,3D打印主要用于原型设计和专业零件的小批量生产。

现在,麻省理工学院的一家创业公司Inkbit正在致力于将3D打印的所有好处带到以前从未打印过的大量产品中 – 并且它的目标是大量破坏生产过程中的生产过程。各种行业。

该公司正在通过将其多材料喷墨三维打印机与机器视觉和机器学习系统配对来实现这一目标。视觉系统在打印时全面扫描对象的每一层以实时纠正错误,而机器学习系统使用该信息来预测材料的翘曲行为并制作更准确的最终产品。

Inkbit联合创始人兼首席执行官Davide Marini博士说:“该公司诞生于赋予3D眼睛和大脑三维打印机的想法。”

这个想法解开了Inkbit机器的一系列应用。该公司表示,它可以比其他打印机更准确地打印更灵活的材料。如果将包括计算机芯片或其他电子元件的物体放置在打印区域上,则机器可以精确地在其周围打印材料。当一个物体完成后,机器会保留一个可用于质量保证的数字复制品。

Inkbit仍然是一家早期公司。它目前有一台可操作的生产级打印机。但它将在今年晚些时候开始销售印刷产品,首先是与约翰逊和约翰逊的试点,然后明年销售它的打印机。如果Inkbit能够利用出售医疗设备,消费产品和汽车零部件的公司的当前兴趣,其机器将在未来几年内在数十亿美元的市场中扮演领先的生产角色,从牙科矫正器到工业工具和睡眠呼吸暂停面罩。

“每个人都知道3D打印的优势是巨大的,”Marini说。 “但是大多数人在采用它时遇到了问题。这项技术还没有到来。我们的机器是第一个可以学习材料属性并预测其行为的机器。我相信它将具有变革性,因为它将使任何人都能够非常迅速地从一个想法转变为一个可用的产品。它为每个人开辟了商机。

有潜力的打印机

今天印刷的一些最硬的材料也是当前制造工艺中最常用的材料。其中包括硅树脂等橡胶类材料和环氧树脂等高温材料,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。

这些材料通常难以印刷,导致分布不均匀和印刷过程失败,如堵塞。随着时间的推移,它们也倾向于在边缘收缩或变圆。 Inkbit联合创始人Wojciech Matusik,电气工程和计算机科学副教授,Javier Ramos BS ’12 SM ’14,Wenshou Wang和KirilVidimčeSM’14多年来一直在Matusik的Computational Fabrications Group中研究这些问题。计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)。

2015年,联合创始人是一群研究人员,他们创造了一台成本相对较低,精确的3D打印机,可以利用机器视觉一次打印10种材料。这项壮举引起了许多对将生产过渡到3D打印感兴趣的大公司的关注,第二年,四位工程师得到了Deshpande中心的支持,将他们将机器视觉与3D打印相结合的想法商业化。

在麻省理工学院,Matusik的研究小组使用简单的3-D扫描仪来跟踪机器的进度。对于Inkbit的第一台打印机,创始人希望大大改善他们机器的“眼睛”。他们决定使用光学相干断层扫描(OCT)扫描仪,该扫描仪使用长波长的光来透过材料表面并以分辨率达到人类头发宽度的分数来扫描材料层。

由于OCT扫描仪传统上仅供眼科医生用于检查患者眼睛表面以下,因此唯一可用的扫描仪对于扫描3D打印部件的每一层都太慢了 – 因此Inkbit的团队“咬紧牙关”,就像Marini一样描述它,并建立了一个定制的OCT扫描仪,他说比现在市场上的任何其他东西快100倍。

当打印和扫描图层时,公司专有的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。这些工艺通过去除其他一些打印机使用的辊子和刮刀来进一步扩大公司能够打印的材料范围,以确保精确度,当与难以打印的材料一起使用时容易卡住。

该系统旨在允许用户在同一台​​机器上原型化和制造新对象。 Inkbit目前的工业打印机有16个打印头,用于制作多材料部件和一个足够大的打印块,每年可生产数十万个拳头大小的产品(或更少数量的大型产品)。该机器的非接触式喷墨设计意味着增加后续迭代的尺寸将像扩展打印块一样简单。

“之前,人们可以使用多材料打印机制作原型,但他们无法真正制造最终零件,”Matusik说,并指出Inkbit零件的后处理可以完全自动化。 “这是使用任何其他制造方法无法实现的。”

Inkbit的3-D打印机可以大批量生产多材料物体(如上图所示的夹管阀)。由Inkbit提供

Inkbit机器的新颖功能意味着创始人想要打印的一些材料不可用,因此该公司已经创建了一些自己的化学品,以将其产品的性能提升到极限。明年将在打印机Inkbit上提供用于在打印前混合两种材料的专有系统。两部分化学混合系统将使该公司能够印刷更广泛的工程级材料。

Inkbit的战略合作伙伴强生公司正在收购首批打印机之一。麻省理工学院启动交换加速器(STEX25)也有助于将Inkbit暴露给Amgen,Asics,BAE Systems,Bosch,Chanel,Lockheed Martin,Medtronic,Novartis等领先企业。

如今,创始人花费了大量时间来教育那些以前从未能够对其产品进行3D打印的产品设计团队 – 更不用说将电子元件整合到3D打印部件中了。

设计师和发明者可能需要一段时间才能充分利用集成的多材料3D打印解锁的可能性。但就目前而言,Inkbit正在努力确保在未来的时候,最富有想象力的人们将拥有一台可以使用的机器。

“有些事情远远超过了它的时代,”马图西克说。 “我认为人们将如何将其用于最终产品将会非常有吸引力。”

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