機器學(xué)習(xí)如何改變3D打印？先從造一座“鋼橋”開始
五年前，3D打印就有了席卷全世界之勢。有人構(gòu)想，我們將住在3D打印的房子里，會有3D打印的汽車。但正如你現(xiàn)在所看到的，事情并沒有那么順利。不過，也有企業(yè)一直研發(fā)，穩(wěn)步推進這項技術(shù)的發(fā)展。近日，F(xiàn)astCodesign發(fā)布了一篇文章，報道了曾在兩年前宣布利用3D打印技術(shù)造一座鋼橋的MX3D公司的進展。文章中指出，機器學(xué)習(xí)將能夠給3D打印帶來巨大的幫助。
2015年，MX3D宣布了一項計劃：將在兩年后利用3D打印Joris Laarman設(shè)計的鋼橋。現(xiàn)在，這個項目真的在向前推進，預(yù)計在今年年底完成。該公司與其主要投資者Autodesk同意與Co.Design透露獨家項目進度。有趣的是，有多少東西已經(jīng)進化了，有多少問題被攻克了——以及這個項目從何而來。
這座橋其實就是為了證明印刷鋼材的概念。要實現(xiàn)這一目標，不僅需要更好的軟件，還需要一個能夠自學(xué)“如何在3D打印方面做得更好”的機器人。“我們現(xiàn)在在可以打印的物品的體積上取得了重大的進步，這會在實際運用過程中產(chǎn)生巨大的幫助，”Gijs van der Velden說。他是MX3D的運營者，該公司從Joris Laarman實驗室剝離出來，致力于將大規(guī)模的鋼鐵印刷商業(yè)化。
當Laarman第一次夢想建造這座橋時，想要使用一種類似于冰晶體的結(jié)構(gòu)來做底部支撐。橋?qū)⒈话惭b在阿姆斯特丹歷史悠久的紅燈區(qū)附近的一條運河上。現(xiàn)在，這座橋已經(jīng)發(fā)生了根本性的變化，原因很簡單：這座城市發(fā)現(xiàn)，原來的設(shè)計方案，將會給運河的堤壩帶來巨大的壓力。因此，不得不重新設(shè)計這座橋。現(xiàn)在正在印刷的這座橋更偏向于典型的行人結(jié)構(gòu)（pedestrian structure），但它的表面和形狀仍然被彎曲和扭曲，只能通過3D打印來完成。
這就是問題的關(guān)鍵：向所有潛在的合作伙伴展示3D打印都能做什么。
對他們來說，打印大塊的東西是一個巨大的挑戰(zhàn)。你可能會認為這是一個硬件問題，制造更好的機器人就能解決了。但實際上更多的是軟件方面的問題。一直以來，他們的想法都是使用現(xiàn)成的工業(yè)機器人，這樣客戶就可以直接訂購機器人，然后使用MX3D的軟件打印出他們喜歡的任何東西。讓這些機器人焊接具有高性能部件是很復(fù)雜的。
當鋼融化時，它的物理性質(zhì)就會發(fā)生變化。持續(xù)的重新加熱使其變得易碎。這意味著，你不能像用打印塑料物體一樣，簡單地建立一個用于3D打印鋼材的結(jié)構(gòu)。隨著一層層的鋼材被應(yīng)用，它們會重新加熱下面一層的鋼材。如果這些鋼材僅僅是最近才被應(yīng)用，那么它們就會越來越弱。克服這一挑戰(zhàn)意味著，要找出一種完全不同的印刷策略。由于不同的區(qū)域加熱程度不同，鋼鐵必須以看似隨機的模式來建造。由于打印機不再等待某一特定位置的鋼材冷卻，它的工作速度可以達到原來的兩倍。
但事情變得更加復(fù)雜。根據(jù)定義，復(fù)雜的3D幾何圖形是定制的，因此很難提前知道機器在焊接不同部件時會有多大的困難。這是機器學(xué)習(xí)可以幫助的地方。MX3D使用的工業(yè)機器人已經(jīng)安裝了傳感器，可以探測到被用來加熱金屬的電流、金屬的熱度以及焊接的具體位置。MX3D正在進行下一階段的工作：將這些數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)算法結(jié)合起來，幫助機器人了解哪些焊接可能會帶來問題，然后尋求辦法實時解決這些問題，或者完全避免這些問題，來形成新的移動模式，讓每一層都能正常地建立起來。“當你制作打印文件時，大問題將得到解決，”van der Velden解釋道。“當你真正在打印的時候，機器就會識別出問題，然后快速構(gòu)建出一個解決方案。”
他承認，在95%的工業(yè)建筑項目中都不會用到3D打印的鋼材。在這種情況下，他們只是需要的只是簡單結(jié)構(gòu)的鋼材。但剩下的5%是一個巨大的市場。例如，離岸石油鉆井平臺的鋼支撐結(jié)構(gòu)很難進行設(shè)計。有了3D打印技術(shù)，你可能只需要兩個工程師來監(jiān)視8個機器人去建造相關(guān)的部件，而不是要用一個工程師團隊來建造。此外，為石油鉆井平臺等大型項目制造部件最耗時的步驟之一是削減關(guān)鍵部件，以節(jié)省重量。將重量重6000公斤減少到5000公斤，所需要的起重機就完全不同了，成本要低得多。使用3D打印技術(shù)制造類似的部件，不僅能夠很好的把其錯綜復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)制造出來，還能極大地減少重量，比例可能會在50%。此外，還不需要額外的剃須工作。同樣，這也適用于大型的高性能部件，比如貨船上的轉(zhuǎn)子。這會節(jié)約大量的能源，而且零部件的外觀都相同，只是把內(nèi)部以最優(yōu)的方式掏空了。
讓我們回到橋上。它的目的是想要為MX3D打開市場。盡管這座橋外觀看起來很酷，但它其實是為了展示那，些幾十年來沒有多大變化的巨大設(shè)備的內(nèi)在可能性。“這不會是一種能夠制造一切的神奇方式，”van der Velden說。“但我們會找到真正重要的新部件來打印。”
參考資料：
https://www.4ann.com/member/invite.php?user=sinyet
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