北京
該技術融合計算機視覺、傳感器和機器學習，實現自動化控制。
美國研究人員近日展示了一種智能3D打印系統，能夠實時檢測并修復車輛和飛機用大型復合材料部件的制造缺陷。
這項技術本質上是一種自動控制器，用于監測復合材料3D打印過程，由美國能源部下屬田納西州橡樹嶺國家實驗室的科學家打造。
據報道，這種智能工具集成了傳感器和計算機視覺。橡樹嶺國家實驗室團隊相信，它能幫助美國制造商生產幾乎無缺陷的大型定制部件，同時減少浪費、降低成本，并鞏固美國在增材制造領域的領先地位。
橡樹嶺國家實驗室高級研發研究員克里斯·維萊茲博士表示：“我們的控制器能感知正在發生的情況并實時做出反應，這一點頗具新意。它幾乎像人類一樣控制過程：通過觀察并微調參數，直至達到理想結果。”
零缺陷復合材料打印
工程師使用大型工業3D打印機來制造龐大的物體，包括飛機部件、汽車保險杠、船體模具、集裝箱和建筑墻體等。然而，這一過程對溫度波動和打印速度十分敏感。
研究人員表示，即便是微小的變化，也可能削弱最終結構的強度，甚至毀掉整件打印品。為此，他們為機器人3D打印機配備了一組傳感器和六臺圍繞打印噴嘴布置的小型熱像儀。
新系統能夠持續追蹤噴嘴的移動、打印速度，以及熱塑料復合材料在逐層冷卻時的溫度。它還采用了計算機視覺——一種使機器能夠解讀視覺數據的人工智能技術。
這意味著系統可以在制造過程中分析實時熱圖像。一旦檢測到已沉積的材料冷卻過快，或在添加下一層前溫度過低，它便會自主微調打印速度，以確保最佳的打印條件。
更少的生產缺陷
為測試該系統，團隊打印了一個比卡車輪胎還大的六邊形結構。他們故意以較低速度啟動打印，導致材料溫度比理想溫度低了約30%。控制器識別出問題后，自動提高了打印速度，并恢復了層間牢固粘合所需的正確溫度。
參與該項目的田納西大學研究生克里斯·奧布萊恩透露，該工具能檢測并修正僅幾攝氏度的溫差。在他看來，這一點至關重要，因為溫度變化是導致復合材料打印件報廢的常見原因。
這項技術的一大優勢在于，它無需針對每種新設計或幾何形狀重新進行訓練，還能在不同的打印機、材料和物體形狀上工作。維萊茲在新聞稿中總結道：“讓這些機器更智能、反應更靈敏，有著巨大的發展空間。”
該系統整合了一個數字孿生，即利用機器學習創建的物理打印過程的虛擬副本。科學家可以借助它在工廠實際應用之前，安全地試驗新材料和打印技術。
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