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

導(dǎo)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(shù)進(jìn)行改革，而軍事領(lǐng)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(xué)院的Inkbit公司已經(jīng)開發(fā)出了首個(gè)具有基于視覺反饋控制驅(qū)動(dòng)的3D打印平臺(tái)，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(jì)劃局）的資金基礎(chǔ)，用于開發(fā)Inkbit的專有視覺系統(tǒng)，還為開發(fā)技術(shù)改進(jìn)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(tái)視覺控制噴射（VCJ）3D打印機(jī)，并且預(yù)計(jì)第一臺(tái)將被德克薩斯國民警衛(wèi)隊(duì)使用，降低整個(gè)部隊(duì)的成本。

視覺控制噴射（VCJ）3D打印機(jī)

Inkbit的視覺控制噴射（VCJ）是一種噴墨聚合物3D打印技術(shù)，它依賴于機(jī)器視覺和學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)實(shí)時(shí)反饋控制。這意味著Inkbit 3D打印機(jī)會(huì)在沉積時(shí)掃描每一層、每一個(gè)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(jī)器會(huì)自動(dòng)調(diào)整下一層以進(jìn)行補(bǔ)償。然后，所有數(shù)據(jù)收集都使機(jī)器可以從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)并執(zhí)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(shè)計(jì)，可以直接集成到現(xiàn)有的制造系統(tǒng)中。借助全自動(dòng)生產(chǎn)，制造商可以顯著降低單件成本并有效地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

在打印作業(yè)期間逐層掃描這項(xiàng)技術(shù)還有其他的優(yōu)勢，例如，機(jī)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(shí)別異物并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。此外，系統(tǒng)不需要從滾動(dòng)機(jī)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(shí)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?zhàn)邮构饷艟酆衔锏拿恳粚幼兤�。視覺系統(tǒng)取消了這種機(jī)制，從而開辟了在傳統(tǒng)噴射3D打印機(jī)中通常無法實(shí)現(xiàn)的各種材料。

△Inkbit Vista通過不斷擴(kuò)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(jiān)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(zhì)（例如環(huán)氧樹脂等工程級樹脂）進(jìn)行打印。在使用傳統(tǒng)噴射打印機(jī)進(jìn)行的打印過程中，樹脂會(huì)粘附到用于壓平每一層并緩慢固化的輥上，最終使機(jī)器卡住。在立體光刻或數(shù)字光處理機(jī)中，丙烯酸酯用于引發(fā)和終止聚合反應(yīng)，否則整個(gè)桶都會(huì)聚合。

△VCJ使光敏聚合物不會(huì)隨時(shí)間而變脆和變?nèi)�，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(jìn)行3D打印可以生產(chǎn)出丙烯酸酯無法實(shí)現(xiàn)的具有更高耐用性和耐化學(xué)腐蝕的零件，例如用這種技術(shù)生產(chǎn)流體歧管可以用強(qiáng)力化學(xué)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(huì)降解的材料進(jìn)行打印，這解決了使用光敏聚合物打印3D零件時(shí)的大一難題。

Vista、CSAIL與DARPA

Vista是麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）研發(fā)的一種名為Multi-Fab的系統(tǒng)的進(jìn)化版。機(jī)器的獨(dú)特之處在于它使用機(jī)器視覺掃描打印的每一層，不僅可以使準(zhǔn)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(dāng)Inkbit在2017年被剝離時(shí)，而Multi-Fab成為了Inkbit的第一個(gè)原型機(jī)。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(jī)的改造包括對體系結(jié)構(gòu)的修改，更改了傳統(tǒng)噴射打印機(jī)在固定床移動(dòng)的打印頭。由于公司的目標(biāo)是制造多材料工業(yè)級機(jī)器，因此團(tuán)隊(duì)減輕了打印床周圍硬件的重量。同時(shí)保持打印頭靜止不動(dòng)，然后在下方來回移動(dòng)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(jiān)固的框架，避免系統(tǒng)存在的精度問題。

△可移動(dòng)打印平臺(tái)

另一個(gè)重大設(shè)計(jì)變更是由國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）完成的基于光學(xué)相干斷層掃描的機(jī)器視覺系統(tǒng)。這項(xiàng)技術(shù)依靠干涉儀從光學(xué)散射介質(zhì)生成具有微米分辨率的圖像。DARPA驅(qū)動(dòng)的視覺系統(tǒng)能夠?qū)⒋蛴【�度水平引領(lǐng)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(guān)的里程碑。同時(shí)，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(shù)進(jìn)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(dòng)化這一過程，從而創(chuàng)建一種靈活的工業(yè)3D打印技術(shù)。

△Vista具有四個(gè)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?yàn)橐咔閭涫艽驌糁�后，美國軍方似乎對�?D打印技術(shù)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(lǐng)域的投資逐漸加大。先是與克萊姆森大學(xué)合作創(chuàng)建人工智能平臺(tái)，制造未來交通工具、空中平臺(tái)，甚至是3D打印彈藥；再開發(fā)3D打印機(jī)器學(xué)習(xí)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(xué)出版社

這一系列的動(dòng)作都在朝著軍工設(shè)計(jì)靈活化、制造簡易化以及更新自動(dòng)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(gè)很不友好的信號(hào)。然而，從另一個(gè)角度來說，這套組合拳也為世界其他國家對于先進(jìn)科技的發(fā)展吹響了沖鋒號(hào)。增強(qiáng)科技實(shí)力、培養(yǎng)優(yōu)秀人才，這才是想要讓整個(gè)世界繼續(xù)和平發(fā)展的重要保障！

關(guān)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(tái)采用機(jī)器視覺和實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)的3D打印機(jī)，可滿足批量生產(chǎn)的速度、精度和可靠性要求。Inkbit的總部設(shè)在馬薩諸塞州梅德福，源于麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL），公司技術(shù)基于聯(lián)合創(chuàng)始人WojciechMatusik教授領(lǐng)導(dǎo)的研究以及MIT的知識(shí)產(chǎn)權(quán)許可。

△Inkbit的3D打印機(jī)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(xué)研究人員與美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室合作
3. 美國空軍、海軍資助Senvol開發(fā)3D打印機(jī)器學(xué)習(xí)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