3D打印

从人工智能看3D打印

2025China.cn   2020年05月25日

  5月5日,长征五号B运载火箭首飞任务取得圆满成功,空间站阶段飞行任务首战告捷。据了解,此次新一代航天飞船试验船搭载了一件由西安交大科研团队与航天科技五院529厂共同研制的新型装备--连续纤维增强复合材料太空3D打印装备。这是我国首次太空3D打印实验,也是国际上第一次在太空中开展该材料的3D打印实验。
  3D打印又称增材制造,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。近年来,在人工智能的不断渗透下,3D打印产业拥有了新的智慧"血液"。如果说3D打印能够完成设计方案的快速变现,那么机器学习、机器视觉等AI技术则可以让3D打印更好地改善整体构建过程,进一步实现以机器制造机器的自动化价值,成为智造革命的有力助推剂。
  当前,不少人工智能企业正朝着这个研究方向迈进,利用3D打印与AI技术相融合的新生产物推进制造业的发展。
Ai Build 3D打印配合人工智能算法,未来建筑业将被颠覆
  Ai Build专注于多轴机器挤压3D打印,用于使用聚合物构建超大型结构。这些大型建筑或艺术结构的缺陷会导致代价高昂的后果。由Ai Build培训的深度神经网络提高了增材制造设施的生产率和自动化水平,同时降低了生产成本和材料浪费。该公司的自主大规模3D打印技术Ai Maker可以通过将实时摄像头视图与先前记录的3D打印部件图像进行比较来检测制造缺陷,为自动化质量控制提供更多思路。
  另外,Ai Build公司还创建了一个长"眼睛"的人工智能3D打印机器人,能够自主监测打印过程,并进行错误纠正,打印效率比以往提升了近一半的时间。


  Daedalus Pavilion,Ai Build 人工智能3D打印机器人构建的长宽各5米、高4.5米的建筑结构,整个打印过程只用了15天时间。
借助AI和3D打印来寻找超级合金的合适配方
  德国FraunhoferIWS项目人员利用人工智能和机器学习来研究大量监测数据与实际工艺效果间的联系。通过激光粉末堆焊技术,并结合优化工艺参数,可以同时或连续地将不同粉末送入加工区,精确调节进给速率,性能最好、最昂贵、高抗性的材料只在最需要的位置释放,其他非关键区域可采用价格较低的材料。该技术为航空航天、燃气轮机开发更轻、更强和成本降低的部件提供了广阔的前景。


依托于3D打印技术的未来工厂
  在Stratasys的未来工厂中,有专为稳定、可重复规模化生产所研发的FDM 3D制造系统、具备无限长度打印功能的Infinite-Build 3D Demonstrator,还有支持机器人8轴打印的Robotic Composite 3D Demonstrator。其中,模块化、自动化的FDM 3D制造系统基于云的可扩展架构,能够轻松添加3D打印单元,满足生产需求,实现持续性的自动化3D打印。打印过程中仅需很少的操作干预便可同时处理多个作业,整个过程无需停机,完全满足自动化的工作流程和可扩展的规模生产需求。


带"眼睛"和"大脑"的多材料3D打印技术
 
 Inkbit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,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。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3D打印技术的打印质量、速度,并扩展可打印材料的范围。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、隐形矫正器、睡眠呼吸暂停面罩等。


通用电气GE实验室正在利用AI技术加强3D打印性能
  
通用电气GE实验室所开发的机器视觉技术可以发现机器零件中的细微裂纹。在打印过程中,人工智能也会进行自主学习,它可以分析任务中发现的问题,并不断改善3D打印零件的质量控制。据了解,GE正在努力通过提高人工智能的方法来加强机器和材料的性能,提高增材制造的工艺和质量,以生产更好的零件,减少质量问题。


3D口罩贴近大众生活
  
疫情期间,清锋时代与中科随能研发了一款搭载3D弹性骨架龙骨的可多次使用的高性能防护口罩。该款口罩采用极速LEAP3D打印和高性能EM光固化弹性材料等核心技术,形状变化的优势能够适配不同脸型的用户,满足不同人群的防护需求。清锋时代极速3D打印LEAP技术(光固化材料技术)基于Bottom-up DLP,以微米级精度最高可达到120cm/h的打印速度,较传统3D打印提升100倍以上,从而实现3D打印的规模化应用,打造兼具定制化和批量化的新型数字化制造模式和生态。据了解,该技术应用领域可涉及运动产品、消费品、汽车、交通物流、航空航天、医疗等各行各业。


人工智能与3D打印创造的第一个单板滑雪板扣具
  
瑞士创新型滑雪板公司NOW联手巴塞罗那人工智能设计工作室ADDITION,利用AI设计原型,以3D打印制造滑雪板扣具,目的是通过新的设计和制造技术来提升滑雪板性能。两家公司共同构建了一个载荷工况,该载荷工况可模拟扣具在雕刻和车削过程中所承受的应力,通过机械算法在其周围生成最终形状,从而比较多种不同材料和技术所产生的结果。这一新型扣具比传统加工件重量轻25%,将成为运动装备新范式的起点。


打造设计、打样、批量生产一站式解决方案
  
基于"人工智能+工业设计+3D打印"技术,云亚科技为广大企业提供设计打样一站式服务--3D智能设计云平台。据了解,该平台以大数据为驱动,智能模型为决策,建立静态的标准设计打样产品库和动态的设计打样标准库,有效解决企业制造成本高、开模贵、打样周期长等痛点,真正满足客户多样化的需求。


  以上案例从某种程度上说明,3D打印是具有较大发展潜力的。它作为一项创新型技术,正在不断寻找改进自身的新方法,而人工智能技术恰好可以帮助其在演变过程中提高准确率、简化工作流程。
AI+3D打印可能会成为工业力量的另一分支
  尽管当前3D打印制作比传统制造方法制作的物体更轻、更坚固、更复杂,但在大批量实际应用之前,必须克服一些技术与挑战。
       ●材料与机器的限制
  3D打印正在经历技术应用突破阶段,新的应用领域不断扩展,行业两极分化逐渐凸显,拥有核心技术的公司越来越注重量产能力和材料研发。然而当前,大多数3D打印公司的打印技术还没有达到成熟水平,无法支持日常生活中所接触到的各种材料。另外,由于机器的限制,打印机目前还无法清晰地打印出动态物体。
       ●缺乏相关法律约束
  当人们可以随意复制、传播任何东西,并且数量不限时,知识产权的问题随之而来。在3D打印出现产品泛滥的情况之前,如何制定相关法律法规来保护知识产权,是我们需要面临的问题。同样,如果有不法分子利用这一技术打印生物器官和活体组织,后果将不堪设想。据了解,去年4月,以色列特拉维夫大学研究人员以病人自身的组织为原材料,已利用3D打印成功制作出了全球首颗拥有细胞、血管、心室和心房的"完整"心脏,在这一医疗创举之下,我国更需加快出台相关法律法规的步伐。
  从积极的角度来思考,在新的行业需求以及人工智能的发展带动下,3D打印的市场规模会越来越大,技术应用、商业应用也会不断深化,国内经济的稳步增长更是为3D打印行业提供了良好的发展环境。未来,AI+3D打印可能会成为工业力量的另一分支,结合5G、大数据、区块链等新兴革命技术,为各行各业提供更多优质产品。

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