MIT团队给3D打印机装上“眼睛”和“大脑”

张洹千

Inkbit制造的第一台使用机器视觉和人工智能的3D打印机

相比传统制造，3D打印制造出来的物品可以更轻、更结实、更复杂。但在改变大多数器件的生产之前，3D打印首先要克服许多技术上挑战。

商业上可行的打印机通常要提供高速、高精度和高质量的材料。但目前很少有3D打印机能同时满足上述三种特性，这就限制了其作为制造工具的使用。今天，3D打印仍局限于制作设计原型和特殊部件的小批量生产。

一家麻省理工学院背景的初创公司Inkbit，正在通过为3D打印机装上“眼睛”和“大脑”来克服这些限制。

当前，一些 3D 打印使用的最硬的材料，也同样是传统生产工艺中最常使用的。这包括硅树脂等橡胶类材料和环氧树脂等高温材料，通常用于制造绝缘电子产品以及各种消费品、健康产品和工业产品。

这些材料通常难以打印，材料分布不均匀和堵塞喷头，会让打印过程一团糟。随着打印的进行，这些材料也会产生边缘的收缩或变圆。麻省理工學院电子工程和计算科学副教授Wojciech Matusi是Inkbit的合伙人，他的计算制造研究组属于计算科学与人工智能实验室（CSAIL），对这些问题进行了多年的研究。

Inkbit3D打印机可以生产多种产品

能大批量生产多材料物品

在2015年，Matusi团队就建造了一个相对低成本的、精确的 3D打印机，它通过机器视觉可以同时打印10种材料。这个成果吸引了许多大公司的兴趣，希望将生产转移到3D打印上。之后几年，Matusi团队得到了Deshpande中心的支持，将他们结合机器视觉和3D打印的想法商业化。

Matusik的研究组使用一个简单的三维扫描仪来跟踪机器的工艺。在Inkbit的第一台打印机中，创始人希望极大地提升他们机器中“眼睛”的性能。他们确定使用光学相干断层扫描（OCT）技术，该仪器使用长波长的光来透过材料表面，并以分辨率达到人类头发丝粗细的精度来扫描材料的每一层。因为OCT扫描仪通常只用于眼科医生对患者眼睛表层以下组织的检测，所以唯一可用的扫描仪在扫描3D打印部件的每一层时，速度太慢了，所以研究小组咬紧牙关建造出一台全定制的OCT，它比市场上任何其他仪器都快100倍。

在打印并扫描一层时，Inkbit独有的机器视觉和机器学习系统可以实时自动纠正错误，并实时地主动补偿材料多变性引起的翘曲和收缩。该工艺去除了其他一些打印机用来保证精度时使用的辊子和刮刀，来进一步扩大能够打印的材料范围，避免了在使用难以打印的材料时出现堵塞情况。

Inkbit的合伙人兼CEO Davide Marini表示：“创立公司的初衷就是赋予3D打印机眼睛和大脑”。这个想法揭开了Inkbit 3D 打印机的各种应用。这家公司说它能够比其它的打印机打印得更精确，也能够打印更多的柔性材料。比如一个产品的内部镶嵌有电脑芯片或者电子元件，这个机器就能够围绕这些娇贵的元件，准确打印出外面的部分。同时，当物体打印完成后，该机器可以保留其数字备份，保证重复打印时的质量。

设计这个系统是为了让用户在同一台机器上对新的物品进行原型验证和生产。Inkbit 现有的工业打印机有 16 个打印头，可用多种材料生产部件，并有一个足够大的打印模块，使其每年可生产数10万个拳头大小的产品（或少量的大型产品）。该机器非接触式的喷墨设计意味着，后续产品迭代中，仅仅需要简单地扩展打印模块，就能打印更大的物品。“以前，人们可以用多材料打印机来制作原型，但它们无法真正生产最终的零件。”Matusik说，并指出Inkbit部件的后处理可以完全自动化，“这点是使用其它任何生产方法无法做到的。”

目前，Inkbit机器所使用的有些打印材料无法从市面上买到，所以公司要研发自己的打印材料来将其产品的性能提升至极限。明年，Inkbit将研发出在打印前预混两种材料的专有系统，这将使该公司能够打印更广泛的工程级材料。

Inkbit仍然是一家初创公司。目前它只有一台运行中的产品级打印机。但今年晚些时候，Inkbit会开始销售打印好的产品。明年，它会向早期用户强生公司销售其打印机。如果Inkbit能够引起医疗设备、消费产品和汽车元件厂商的兴趣，它的机器会在接下来几年内，在这个几百亿美元的市场中扮演领先产品的角色，这个市场包括了牙科矫正器、工业工具和睡眠呼吸暂停面罩等产品。

“每个人都知道3D打印的优势是巨大的，但大多数人在使用它时遇到了问题。这项技术还未成熟。我们的机器是第一个可以学习材料属性，并预测其行为的机器。我相信它将改变很多事情，因为它能够使任何人以非常快的速度，实现从一个点子到一个有用产品的转变。它为每个人开辟了商机。”Marini说。如今，创始人花费大量时间来指导那些以前从未使用过3D打印的产品设计团队。设计师和发明者可能需要一段时间的摸索，才能充分发掘出这台多材料3D打印机所提供的可能性。“这个机器的未来远远超过现在我们所想的”，Matusik 说，“我对看见人们用这台机器来生产最终产品非常着迷”。

（摘自美《深科技》）（编辑/小文）