编者按:五年前,3D打印就有了席卷全世界之势。有人构想,我们将住在3D打印的房子里,会有3D打印的汽车。但正如你现在所看到的,事情并没有那么顺利。不过,也有企业一直研发,稳步推进这项技术的发展。近日,FastCodesign发布了一篇文章,报道了曾在两年前宣布利用3D打印技术造一座钢桥的MX3D公司的进展。文章中指出,机器学习将能够给3D打印带来巨大的帮助。文章由36氪编译。

2015年,MX3D宣布了一项计划:将在两年后利用3D打印Joris Laarman设计的钢桥。现在,这个项目真的在向前推进,预计在今年年底完成。该公司与其主要投资者Autodesk同意与Co.Design透露独家项目进度。有趣的是,有多少东西已经进化了,有多少问题被攻克了——以及这个项目从何而来。

这座桥其实就是为了证明印刷钢材的概念。要实现这一目标,不仅需要更好的软件,还需要一个能够自学“如何在3D打印方面做得更好”的机器人。“我们现在在可以打印的物品的体积上取得了重大的进步,这会在实际运用过程中产生巨大的帮助,”Gijs van der Velden说。他是MX3D的运营者,该公司从Joris Laarman实验室剥离出来,致力于将大规模的钢铁印刷商业化。

当Laarman第一次梦想建造这座桥时,想要使用一种类似于冰晶体的结构来做底部支撑。桥将被安装在阿姆斯特丹历史悠久的红灯区附近的一条运河上。现在,这座桥已经发生了根本性的变化,原因很简单:这座城市发现,原来的设计方案,将会给运河的堤坝带来巨大的压力。因此,不得不重新设计这座桥。现在正在印刷的这座桥更偏向于典型的行人结构(pedestrian structure),但它的表面和形状仍然被弯曲和扭曲,只能通过3D打印来完成。

这就是问题的关键:向所有潜在的合作伙伴展示3D打印都能做什么。

对他们来说,打印大块的东西是一个巨大的挑战。你可能会认为这是一个硬件问题,制造更好的机器人就能解决了。但实际上更多的是软件方面的问题。一直以来,他们的想法都是使用现成的工业机器人,这样客户就可以直接订购机器人,然后使用MX3D的软件打印出他们喜欢的任何东西。让这些机器人焊接具有高性能部件是很复杂的。

当钢融化时,它的物理性质就会发生变化。持续的重新加热使其变得易碎。这意味着,你不能像用打印塑料物体一样,简单地建立一个用于3D打印钢材的结构。随着一层层的钢材被应用,它们会重新加热下面一层的钢材。如果这些钢材仅仅是最近才被应用,那么它们就会越来越弱。克服这一挑战意味着,要找出一种完全不同的印刷策略。由于不同的区域加热程度不同,钢铁必须以看似随机的模式来建造。由于打印机不再等待某一特定位置的钢材冷却,它的工作速度可以达到原来的两倍。

但事情变得更加复杂。根据定义,复杂的3D几何图形是定制的,因此很难提前知道机器在焊接不同部件时会有多大的困难。这是机器学习可以帮助的地方。MX3D使用的工业机器人已经安装了传感器,可以探测到被用来加热金属的电流、金属的热度以及焊接的具体位置。MX3D正在进行下一阶段的工作:将这些数据与机器学习算法结合起来,帮助机器人了解哪些焊接可能会带来问题,然后寻求办法实时解决这些问题,或者完全避免这些问题,来形成新的移动模式,让每一层都能正常地建立起来。“当你制作打印文件时,大问题将得到解决,”van der Velden解释道。“当你真正在打印的时候,机器就会识别出问题,然后快速构建出一个解决方案。”

他承认,在95%的工业建筑项目中都不会用到3D打印的钢材。在这种情况下,他们只是需要的只是简单结构的钢材。但剩下的5%是一个巨大的市场。例如,离岸石油钻井平台的钢支撑结构很难进行设计。有了3D打印技术,你可能只需要两个工程师来监视8个机器人去建造相关的部件,而不是要用一个工程师团队来建造。此外,为石油钻井平台等大型项目制造部件最耗时的步骤之一是削减关键部件,以节省重量。将重量重6000公斤减少到5000公斤,所需要的起重机就完全不同了,成本要低得多。使用3D打印技术制造类似的部件,不仅能够很好的把其错综复杂的内部结构制造出来,还能极大地减少重量,比例可能会在50%。此外,还不需要额外的剃须工作。同样,这也适用于大型的高性能部件,比如货船上的转子。这会节约大量的能源,而且零部件的外观都相同,只是把内部以最优的方式掏空了。

让我们回到桥上。它的目的是想要为MX3D打开市场。尽管这座桥外观看起来很酷,但它其实是为了展示那,些几十年来没有多大变化的巨大设备的内在可能性。“这不会是一种能够制造一切的神奇方式,”van der Velden说。“但我们会找到真正重要的新部件来打印。”

原文链接:https://www.fastcodesign.com/90143244/how-machine-learning-will-unlock-the-future-of-3d-printing

编译组出品。编辑:郝鹏程

机器学习如何改变3D打印?先从造一座“钢桥”开始

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