Машинно зрение позволява безконтактен 3D печат на сложни структури от нови материали над 600 пъти по-бързо

Т. нар. безконтактни 3D принтери (3D inkjet printers) са считани за истинска революция и в без това динамично развиващия се свят на технологиите за адитивно производство.

Чрез метод, подобен на мастиленоструйния печат, те позволяват на инженерите да използват няколко материала с различни свойства наведнъж и да изработват в един цикъл сложни конструкции, съставени от твърди и меки компоненти. Пример са вдъхновените от човешката анатомия хващачи за роботи със солиден "скелет", които са достатъчно здрави, за да захващат тежки обекти, но и с достатъчно гъвкава повърхност, за да взаимодействат безопасно с хората.

 

Тези системи за мултиматериално триизмерно принтиране използват хиляди малки дюзи, чрез които нанасят миниатюрни капчици смола върху основата. Впоследствие капчиците биват заглаждани чрез скрепер или валяк и бързо втвърдявани на слоеве посредством ултравиолетова светлина или друг ускоряващ процеса фактор. Тази техника обаче не е подходяща за смоли, които се втвърдяват бавно, а това значително ограничава набора от материали, които могат да бъдат използвани за безконтактен 3D печат.

 

Еволюция на революцията

 

Научноизследователски екип от Масачузетския технологичен институт (MIT), спинаут компанията Inkbit и Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих (ETH Zurich) са разработили усъвършенстван вариант на метода за безконтактно триизмерно принтиране, който позволява работа с много по-широк кръг от материали:

 

• Иновацията се състои в интелигентна технология за компютърно зрение, която позволява автоматично сканиране на повърхността на принтирания обект и фино регулиране в реално време на количеството смола, подавана от всяка дюза;

 

• Така се гарантира, че никъде не се нанася твърде много или твърде малко материал, което би могло да доведе до смачкване или размазване на недобре втвърдени участъци или други проблеми във връзка със структурната здравина, функционалността и естетиката на обекта;

 

• Иновативната "виждаща" безконтактна система може практически да се самонаблюдава, докато отпечатва изделието, както и самостоятелно да взема решения през коя дюза колко материал да подаде;

 

• Тъй като не се нуждае от механични инструменти, които да заглаждат смолата, този умен 3D принтер може да работи дори с материали, които се втърдяват по-бавно от традиционно използваните в триизмерния печат акрилати и се отличават с по-добра еластичност, издръжливост или дълготрайност, включително при екстремни температури и продължително излагане на слънце. Такива са например смолите на основата на тиол;

 

• Нещо повече – автоматичните корекции на параметрите в реално време не изискват нито спиране, нито дори забавяне на процеса, което прави възможно използването на метода в реални производствени условия за изработка на комплексни обекти до 660 пъти по-бързо в сравнение с безконтактен 3D принтер без технология за компютърно зрение.

 

Почти безгранични възможности

 

За да тестват технологията, наречена "vision-controlled jetting" (управляван от машинно зрение струен 3D печат), инженерите от MIT, Inkbit и ETH Zurich си поставят за цел да създадат комплексни роботизирани устройства с компоненти от твърди и гъвкави материали наведнъж – или в един работен цикъл на принтера.

 

Сред най-изумителните продукти на "виждащата" система е изцяло триизмерно отпечатан роботизиран хващач, подобен на човешка ръка. Той разполага с пет меки пръста с чувствителни сензорни подложки на върховете, управлявани от 19 здрави и усилени, но гъвкави сухожилия. Всяко от тях може да бъде задвижвано поотделно.

 

Друга впечатляваща система, произведена с иновативната технология, е шесткрак ходещ робот, който може да "усеща" предметите, с които влиза в контакт, и да ги захваща. Учените използват метода, за да изработят дори напълно функционална помпа с устройството на човешко сърце, която разполага с вградени камери и клапи.

 

"Що се отнася до геометрията, този принтер може да отпечата практически всеки обект, за чието производство са необходими няколко различни материала. Възможно е използването дори на т. нар. метаматериали, които могат да бъдат програмирани да проявяват нелинейни свойства", разказват от екипа.

 

 

3D принтерът, който може да "вижда" и "мисли"

 

Ключът към успеха на метода е напълно активният цикъл на обратна връзка към контролния блок на принтера, базирана на данните от камерите за машинно зрение. Така системата на практика получава "очи" и "мозък", чрез които да управлява интелигентно бързия и безконтактен процес, коментират създателите й.

 

В прототипа е заложен нискобюджетен принтер за мултиматериален печат, разработен от екипа през 2015 г. Той позволява адитивно изработване на обекти с висока резолюция от до десет материала наведнъж. Към него учените добавят четири камери с висока кадрова честота и два лазера за бързо непрекъснато сканиране на повърхността. Заснетите изображения се преобразуват в прецизна и постоянно обновяваща се дълбочинна триизмерна карта на обекта, а необходимите за целта изчислителни операции отнемат на системата по-малко от секунда.

 

Картата се сравнява с CAD дизайна на изделието, а принтерът самостоятелно преценява къде колко смола да нанесе, за да се придържа към целевата крайна структура. Системата разполага с цели 16 000 дюзи, всяка от които може да бъде управлявана индивидуално. Представете си колко фини настройки по отношение на детайлите на изделието позволява това!

 

Високото ниво на контрол, което позволява технологията, дава възможност за прецизен триизмерен печат с восък като спомагателен материал, който при последващо нагряване се разтопява и образува кухини и канали на желаните места в изделието. Инженерите очакват чрез метода скоро да постигнат успехи и в 3D принтирането с хидрогелове, силиконови материали, различни епоксидни смоли и специални високоиздръжливи технополимери.

 

Екипът планира значително да разшири и потенциалните приложения на системата в практиката, например за производството на персонализирани медицински устройства или дори още по-сложни роботи.

 

Повече за иновацията гледайте във видеото:

 

 

Източник: MIT

Ключови думи: MIT   ETH Zurich   компютърно зрение   машинно зрение   3D печат   3D принтиране   роботи  

Област: Автоматизация