機器(qì)學習如(rú)何改變3D打印？先從造一(yī)座“鋼橋”開始
五年前，3D打印就(jiù)有了(le)席卷全世界之勢。有人(rén)構想，我們将住在3D打印的房(fáng)子(zǐ)裏，會有3D打印的汽車。但(dàn)正如(rú)你現(xiàn)在所看到的，事(shì)情并沒有那麽順利。不過，也(yě)有企業一(yī)直研發，穩步推進這(zhè)項技術的發展。近日，FastCodesign發布了(le)一(yī)篇文章，報(bào)道了(le)曾在兩年前宣布利用3D打印技術造一(yī)座鋼橋的MX3D公司的進展。文章中指出，機器(qì)學習将能(néng)夠給3D打印帶來(lái)巨大的幫助。
2015年，MX3D宣布了(le)一(yī)項計劃：将在兩年後利用3D打印Joris Laarman設計的鋼橋。現(xiàn)在，這(zhè)個(gè)項目真的在向前推進，預計在今年年底完成。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(xī)已經進化(huà)了(le)，有多少問題被攻克了(le)——以及這(zhè)個(gè)項目從何而來(lái)。
這(zhè)座橋其實就(jiù)是為(wèi)了(le)證明印刷鋼材的概念。要實現(xiàn)這(zhè)一(yī)目标，不僅需要更好(hǎo)(hǎo)的軟件，還需要一(yī)個(gè)能(néng)夠自學“如(rú)何在3D打印方面做得更好(hǎo)(hǎo)”的機器(qì)人(rén)。“我們現(xiàn)在在可以打印的物品的體(tǐ)積上(shàng)取得了(le)重大的進步，這(zhè)會在實際運用過程中産生(shēng)巨大的幫助，”Gijs van der Velden說(shuō)。他是MX3D的運營者，該公司從Joris Laarman實驗室剝離出來(lái)，緻力于将大規模的鋼鐵印刷商(shāng)業化(huà)。
當Laarman第一(yī)次夢想建造這(zhè)座橋時(shí)，想要使用一(yī)種類似于冰晶體(tǐ)的結構來(lái)做底部支撐。橋将被安裝在阿姆斯特丹曆史悠久的紅(hóng)燈區附近的一(yī)條運河(hé)上(shàng)。現(xiàn)在，這(zhè)座橋已經發生(shēng)了(le)根本性的變化(huà)，原因很簡單：這(zhè)座城市(shì)發現(xiàn)，原來(lái)的設計方案，将會給運河(hé)的堤壩帶來(lái)巨大的壓力。因此，不得不重新(xīn)設計這(zhè)座橋。現(xiàn)在正在印刷的這(zhè)座橋更偏向于典型的行人(rén)結構（pedestrian structure），但(dàn)它的表面和形狀仍然被彎曲和扭曲，隻能(néng)通過3D打印來(lái)完成。
這(zhè)就(jiù)是問題的關(guān)鍵：向所有潛在的合作(zuò)夥伴展示3D打印都能(néng)做什(shén)麽。
對他們來(lái)說(shuō)，打印大塊的東西(xī)是一(yī)個(gè)巨大的挑戰。你可能(néng)會認為(wèi)這(zhè)是一(yī)個(gè)硬件問題，制造更好(hǎo)(hǎo)的機器(qì)人(rén)就(jiù)能(néng)解決了(le)。但(dàn)實際上(shàng)更多的是軟件方面的問題。一(yī)直以來(lái)，他們的想法都是使用現(xiàn)成的工業機器(qì)人(rén)，這(zhè)樣客戶就(jiù)可以直接訂購(gòu)機器(qì)人(rén)，然後使用MX3D的軟件打印出他們喜歡的任何東西(xī)。讓這(zhè)些(xiē)機器(qì)人(rén)焊接具有高性能(néng)部件是很複雜的。
當鋼融化(huà)時(shí)，它的物理(lǐ)性質就(jiù)會發生(shēng)變化(huà)。持續的重新(xīn)加熱使其變得易碎。這(zhè)意味着，你不能(néng)像用打印塑料物體(tǐ)一(yī)樣，簡單地建立一(yī)個(gè)用于3D打印鋼材的結構。随着一(yī)層層的鋼材被應用，它們會重新(xīn)加熱下(xià)面一(yī)層的鋼材。如(rú)果這(zhè)些(xiē)鋼材僅僅是最近才被應用，那麽它們就(jiù)會越來(lái)越弱。克服這(zhè)一(yī)挑戰意味着，要找出一(yī)種完全不同的印刷策略。由于不同的區域加熱程度不同，鋼鐵必須以看似随機的模式來(lái)建造。由于打印機不再等待某一(yī)特定位置的鋼材冷卻，它的工作(zuò)速度可以達到原來(lái)的兩倍。
但(dàn)事(shì)情變得更加複雜。根據定義，複雜的3D幾何圖形是定制的，因此很難提前知道機器(qì)在焊接不同部件時(shí)會有多大的困難。這(zhè)是機器(qì)學習可以幫助的地方。MX3D使用的工業機器(qì)人(rén)已經安裝了(le)傳感器(qì)，可以探測到被用來(lái)加熱金(jīn)屬的電流、金(jīn)屬的熱度以及焊接的具體(tǐ)位置。MX3D正在進行下(xià)一(yī)階段的工作(zuò)：将這(zhè)些(xiē)數據與機器(qì)學習算(suàn)法結合起來(lái)，幫助機器(qì)人(rén)了(le)解哪些(xiē)焊接可能(néng)會帶來(lái)問題，然後尋求辦法實時(shí)解決這(zhè)些(xiē)問題，或者完全避免這(zhè)些(xiē)問題，來(lái)形成新(xīn)的移動模式，讓每一(yī)層都能(néng)正常地建立起來(lái)。“當你制作(zuò)打印文件時(shí)，大問題将得到解決，”van der Velden解釋道。“當你真正在打印的時(shí)候，機器(qì)就(jiù)會識别出問題，然後快(kuài)速構建出一(yī)個(gè)解決方案。”
他承認，在95%的工業建築項目中都不會用到3D打印的鋼材。在這(zhè)種情況下(xià)，他們隻是需要的隻是簡單結構的鋼材。但(dàn)剩下(xià)的5%是一(yī)個(gè)巨大的市(shì)場(chǎng)。例如(rú)，離岸石油鑽井平台的鋼支撐結構很難進行設計。有了(le)3D打印技術，你可能(néng)隻需要兩個(gè)工程師來(lái)監視(shì)8個(gè)機器(qì)人(rén)去建造相關(guān)的部件，而不是要用一(yī)個(gè)工程師團隊來(lái)建造。此外，為(wèi)石油鑽井平台等大型項目制造部件最耗時(shí)的步驟之一(yī)是削減關(guān)鍵部件，以節省重量。将重量重6000公斤減少到5000公斤，所需要的起重機就(jiù)完全不同了(le)，成本要低(dī)得多。使用3D打印技術制造類似的部件，不僅能(néng)夠很好(hǎo)(hǎo)的把其錯綜複雜的内部結構制造出來(lái)，還能(néng)極大地減少重量，比例可能(néng)會在50%。此外，還不需要額外的剃須工作(zuò)。同樣，這(zhè)也(yě)适用于大型的高性能(néng)部件，比如(rú)貨船上(shàng)的轉子(zǐ)。這(zhè)會節約大量的能(néng)源，而且零部件的外觀都相同，隻是把内部以最優的方式掏空了(le)。
讓我們回到橋上(shàng)。它的目的是想要為(wèi)MX3D打開市(shì)場(chǎng)。盡管這(zhè)座橋外觀看起來(lái)很酷，但(dàn)它其實是為(wèi)了(le)展示那，些(xiē)幾十年來(lái)沒有多大變化(huà)的巨大設備的内在可能(néng)性。“這(zhè)不會是一(yī)種能(néng)夠制造一(yī)切的神奇方式，”van der Velden說(shuō)。“但(dàn)我們會找到真正重要的新(xīn)部件來(lái)打印。”
參考資料：
https://www.4ann.com/member/invite.php?user=sinyet
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