視覺反饋控制環(huán)氧樹脂噴射（VCJ）3D打印機！Inkbit新技術

導讀：2019年的新冠疫情徹底激發(fā)了制造業(yè)對于3D打印需求的飆升，各行各業(yè)都在試圖利用增材制造來對傳統(tǒng)制造技術進行改革，而軍事領域則更為活躍！

△Inkbit Vista。圖片由Inkbit提供。

南極熊獲悉，美國麻省理工學院的Inkbit公司已經(jīng)開發(fā)出了首個具有基于視覺反饋控制驅動的3D打印平臺，并于2021年3月25日宣布獲得了美國空軍（USAF）170萬美元的小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）的資助合同。合同以DARPA（國防高級研究計劃局）的資金基礎，用于開發(fā)Inkbit的專有視覺系統(tǒng)，還為開發(fā)技術改進和軟件工具以提高產(chǎn)量提供資金。

△操作界面

Inkbit將為美國空軍基地提供3臺視覺控制噴射（VCJ）3D打印機，并且預計第一臺將被德克薩斯國民警衛(wèi)隊使用，降低整個部隊的成本。

視覺控制噴射（VCJ）3D打印機

Inkbit的視覺控制噴射（VCJ）是一種噴墨聚合物3D打印技術，它依賴于機器視覺和學習來實現(xiàn)閉環(huán)實時反饋控制。這意味著Inkbit 3D打印機會在沉積時掃描每一層、每一個體素、如果所需的幾何形狀與已打印的內(nèi)容之間存在差異，則機器會自動調整下一層以進行補償。然后，所有數(shù)據(jù)收集都使機器可以從錯誤中學習并執(zhí)行適當?shù)恼{整，以解決可能出現(xiàn)的任何問題，例如收縮或翹曲。

△Inkbit Vista專為工廠車間而設計，可以直接集成到現(xiàn)有的制造系統(tǒng)中。借助全自動生產(chǎn)，制造商可以顯著降低單件成本并有效地擴大生產(chǎn)規(guī)模。

在打印作業(yè)期間逐層掃描這項技術還有其他的優(yōu)勢，例如，機器視覺可以將非3D打印部件合并到其他打印對象中，并且系統(tǒng)可以識別異物并進行適當調整。此外，系統(tǒng)不需要從滾動機上刮下墨水，而這對于傳統(tǒng)的噴射3D打印系統(tǒng)而言確實必須的。在傳統(tǒng)噴射打印過程中，這些噴射3D打印系統(tǒng)需要依靠輥子使光敏聚合物的每一層變平。視覺系統(tǒng)取消了這種機制，從而開辟了在傳統(tǒng)噴射3D打印機中通常無法實現(xiàn)的各種材料。

△Inkbit Vista通過不斷擴展產(chǎn)品組合將生產(chǎn)級的多種材料帶到工廠車間，提供柔軟、剛性、堅韌和耐腐蝕的材料。

目前，幾乎所有用于3D打印的光敏聚合物都基于丙烯酸酯或含有丙烯酸酯成分，但是Vista可以使用催化固化的物質（例如環(huán)氧樹脂等工程級樹脂）進行打印。在使用傳統(tǒng)噴射打印機進行的打印過程中，樹脂會粘附到用于壓平每一層并緩慢固化的輥上，最終使機器卡住。在立體光刻或數(shù)字光處理機中，丙烯酸酯用于引發(fā)和終止聚合反應，否則整個桶都會聚合。

△VCJ使光敏聚合物不會隨時間而變脆和變?nèi)酰�重新定義了精密增材制造的可能性。

通過使用環(huán)氧樹脂等聚合物進行3D打印可以生產(chǎn)出丙烯酸酯無法實現(xiàn)的具有更高耐用性和耐化學腐蝕的零件，例如用這種技術生產(chǎn)流體歧管可以用強力化學藥品（例如侵蝕性酸或堿）沖洗。Vista還可以使用暴露在紫外線下不會降解的材料進行打印，這解決了使用光敏聚合物打印3D零件時的大一難題。

Vista、CSAIL與DARPA

Vista是麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）研發(fā)的一種名為Multi-Fab的系統(tǒng)的進化版。機器的獨特之處在于它使用機器視覺掃描打印的每一層，不僅可以使準確性和精確度提高到新的水平，而且還可以將未打印的組件嵌入到3D打印的部件中。當Inkbit在2017年被剝離時，而Multi-Fab成為了Inkbit的第一個原型機。公司將系統(tǒng)重建為零版本，經(jīng)過多次迭代最終成了Vista。

△打印頭靜止

對于原型機的改造包括對體系結構的修改，更改了傳統(tǒng)噴射打印機在固定床移動的打印頭。由于公司的目標是制造多材料工業(yè)級機器，因此團隊減輕了打印床周圍硬件的重量。同時保持打印頭靜止不動，然后在下方來回移動打印床。此外，通過Stratasys的資深人士（他后來與DSM一起參與了這家初創(chuàng)公司的1200萬美元投資）的交流，公司還使用了更堅固的框架，避免系統(tǒng)存在的精度問題。

△可移動打印平臺

另一個重大設計變更是由國防高級研究計劃局（DARPA）完成的基于光學相干斷層掃描的機器視覺系統(tǒng)。這項技術依靠干涉儀從光學散射介質生成具有微米分辨率的圖像。DARPA驅動的視覺系統(tǒng)能夠將打印精度水平引領至未來系統(tǒng)中，因此受到美國國防組織的高度重視，并期待Inkbit履行與視覺系統(tǒng)有關的里程碑。同時，他們將公司介紹給了空軍，為Inkbit提供了第一批客戶之一。

△視覺系統(tǒng)

多材料打印

使用噴射技術進行多材料3D打印的好處是能夠3D打印可熔化的支撐樹脂。Inkbit開發(fā)了一種光敏聚合物，可在短短五分鐘內(nèi)通過熱水浴或在烤箱中融化。公司目前正在開發(fā)附加模塊，以完全自動化這一過程，從而創(chuàng)建一種靈活的工業(yè)3D打印技術。

△Vista具有四個用于多材料零件的材料插槽。通過Inkbit拍攝照片。

新一代軍備競賽？

自從傳統(tǒng)制造業(yè)因為疫情備受打擊之后，美國軍方似乎對于3D打印技術格外青睞。自2021年1月美國國防部發(fā)布首份《增材制造戰(zhàn)略》以來，美國軍方對于增材制造領域的投資逐漸加大。先是與克萊姆森大學合作創(chuàng)建人工智能平臺，制造未來交通工具、空中平臺，甚至是3D打印彈藥；再開發(fā)3D打印機器學習工具；然后利用傳感器檢測3D打印部件磨損情況。

△美國陸軍的3D打印。圖片來自德勤大學出版社

這一系列的動作都在朝著軍工設計靈活化、制造簡易化以及更新自動化發(fā)展。對于目前日益緊張的國際局勢而言，這樣的操作無異于釋放了一個很不友好的信號。然而，從另一個角度來說，這套組合拳也為世界其他國家對于先進科技的發(fā)展吹響了沖鋒號。增強科技實力、培養(yǎng)優(yōu)秀人才，這才是想要讓整個世界繼續(xù)和平發(fā)展的重要保障！

關于Inkbit

Inkbit消除了原型制作和制造之間的現(xiàn)有障礙，從而能夠按需快速制造多種材料的產(chǎn)品。InkbitVista是第一臺采用機器視覺和實時反饋控制技術的3D打印機，可滿足批量生產(chǎn)的速度、精度和可靠性要求。Inkbit的總部設在馬薩諸塞州梅德福，源于麻省理工學院的計算機科學和人工智能實驗室（CSAIL），公司技術基于聯(lián)合創(chuàng)始人WojciechMatusik教授領導的研究以及MIT的知識產(chǎn)權許可。

△Inkbit的3D打印機可以批量生產(chǎn)多種材料。通過Inkbit剪輯。

參考閱讀：

1. 深度：美國防部首份《增材制造戰(zhàn)略》解析
2. 3D打印彈藥和零件！克萊姆森大學研究人員與美國陸軍研究實驗室合作
3. 美國空軍、海軍資助Senvol開發(fā)3D打印機器學習工具
4. 美國陸軍利用傳感器對跟蹤檢測3D打印部件監(jiān)測，檢查磨損情況
5. Inkbit Vista Walkthrough
6. Inkbit Awarded Research Contract from The United StatesAir Force
7. Inkbit Secures US Air Force Contract for Three VistaMultimaterial 3D Printers
8. The Next Generation System for Next Generation Products