视觉反馈控制环氧树脂喷射（VCJ）3D打印机！Inkbit新技术

导读：2019年的新冠疫情彻底激发了制造业对于3D打印需求的飙升，各行各业都在试图利用增材制造来对传统制造技术进行改革，而军事领域则更为活跃！

△Inkbit Vista。图片由Inkbit提供。

南极熊获悉，美国麻省理工学院的Inkbit公司已经开发出了首个具有基于视觉反馈控制驱动的3D打印平台，并于2021年3月25日宣布获得了美国空军（USAF）170万美元的小型企业创新研究（SBIR）的资助合同。合同以DARPA（国防高级研究计划局）的资金基础，用于开发Inkbit的专有视觉系统，还为开发技术改进和软件工具以提高产量提供资金。

△操作界面

Inkbit将为美国空军基地提供3台视觉控制喷射（VCJ）3D打印机，并且预计第一台将被德克萨斯国民警卫队使用，降低整个部队的成本。

视觉控制喷射（VCJ）3D打印机

Inkbit的视觉控制喷射（VCJ）是一种喷墨聚合物3D打印技术，它依赖于机器视觉和学习来实现闭环实时反馈控制。这意味着Inkbit 3D打印机会在沉积时扫描每一层、每一个体素、如果所需的几何形状与已打印的内容之间存在差异，则机器会自动调整下一层以进行补偿。然后，所有数据收集都使机器可以从错误中学习并执行适当的调整，以解决可能出现的任何问题，例如收缩或翘曲。

△Inkbit Vista专为工厂车间而设计，可以直接集成到现有的制造系统中。借助全自动生产，制造商可以显着降低单件成本并有效地扩大生产规模。

在打印作业期间逐层扫描这项技术还有其他的优势，例如，机器视觉可以将非3D打印部件合并到其他打印对象中，并且系统可以识别异物并进行适当调整。此外，系统不需要从滚动机上刮下墨水，而这对于传统的喷射3D打印系统而言确实必须的。在传统喷射打印过程中，这些喷射3D打印系统需要依靠辊子使光敏聚合物的每一层变平。视觉系统取消了这种机制，从而开辟了在传统喷射3D打印机中通常无法实现的各种材料。

△Inkbit Vista通过不断扩展产品组合将生产级的多种材料带到工厂车间，提供柔软、刚性、坚韧和耐腐蚀的材料。

目前，几乎所有用于3D打印的光敏聚合物都基于丙烯酸酯或含有丙烯酸酯成分，但是Vista可以使用催化固化的物质（例如环氧树脂等工程级树脂）进行打印。在使用传统喷射打印机进行的打印过程中，树脂会粘附到用于压平每一层并缓慢固化的辊上，最终使机器卡住。在立体光刻或数字光处理机中，丙烯酸酯用于引发和终止聚合反应，否则整个桶都会聚合。

△VCJ使光敏聚合物不会随时间而变脆和变弱，重新定义了精密增材制造的可能性。

通过使用环氧树脂等聚合物进行3D打印可以生产出丙烯酸酯无法实现的具有更高耐用性和耐化学腐蚀的零件，例如用这种技术生产流体歧管可以用强力化学药品（例如侵蚀性酸或碱）冲洗。Vista还可以使用暴露在紫外线下不会降解的材料进行打印，这解决了使用光敏聚合物打印3D零件时的大一难题。

Vista、CSAIL与DARPA

Vista是麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）研发的一种名为Multi-Fab的系统的进化版。机器的独特之处在于它使用机器视觉扫描打印的每一层，不仅可以使准确性和精确度提高到新的水平，而且还可以将未打印的组件嵌入到3D打印的部件中。当Inkbit在2017年被剥离时，而Multi-Fab成为了Inkbit的第一个原型机。公司将系统重建为零版本，经过多次迭代最终成了Vista。

△打印头静止

对于原型机的改造包括对体系结构的修改，更改了传统喷射打印机在固定床移动的打印头。由于公司的目标是制造多材料工业级机器，因此团队减轻了打印床周围硬件的重量。同时保持打印头静止不动，然后在下方来回移动打印床。此外，通过Stratasys的资深人士（他后来与DSM一起参与了这家初创公司的1200万美元投资）的交流，公司还使用了更坚固的框架，避免系统存在的精度问题。

△可移动打印平台

另一个重大设计变更是由国防高级研究计划局（DARPA）完成的基于光学相干断层扫描的机器视觉系统。这项技术依靠干涉仪从光学散射介质生成具有微米分辨率的图像。DARPA驱动的视觉系统能够将打印精度水平引领至未来系统中，因此受到美国国防组织的高度重视，并期待Inkbit履行与视觉系统有关的里程碑。同时，他们将公司介绍给了空军，为Inkbit提供了第一批客户之一。

△视觉系统

多材料打印

使用喷射技术进行多材料3D打印的好处是能够3D打印可熔化的支撑树脂。Inkbit开发了一种光敏聚合物，可在短短五分钟内通过热水浴或在烤箱中融化。公司目前正在开发附加模块，以完全自动化这一过程，从而创建一种灵活的工业3D打印技术。

△Vista具有四个用于多材料零件的材料插槽。通过Inkbit拍摄照片。

新一代军备竞赛？

自从传统制造业因为疫情备受打击之后，美国军方似乎对于3D打印技术格外青睐。自2021年1月美国国防部发布首份《增材制造战略》以来，美国军方对于增材制造领域的投资逐渐加大。先是与克莱姆森大学合作创建人工智能平台，制造未来交通工具、空中平台，甚至是3D打印弹药；再开发3D打印机器学习工具；然后利用传感器检测3D打印部件磨损情况。

△美国陆军的3D打印。图片来自德勤大学出版社

这一系列的动作都在朝着军工设计灵活化、制造简易化以及更新自动化发展。对于目前日益紧张的国际局势而言，这样的操作无异于释放了一个很不友好的信号。然而，从另一个角度来说，这套组合拳也为世界其他国家对于先进科技的发展吹响了冲锋号。增强科技实力、培养优秀人才，这才是想要让整个世界继续和平发展的重要保障！

关于Inkbit

Inkbit消除了原型制作和制造之间的现有障碍，从而能够按需快速制造多种材料的产品。InkbitVista是第一台采用机器视觉和实时反馈控制技术的3D打印机，可满足批量生产的速度、精度和可靠性要求。Inkbit的总部设在马萨诸塞州梅德福，源于麻省理工学院的计算机科学和人工智能实验室（CSAIL），公司技术基于联合创始人WojciechMatusik教授领导的研究以及MIT的知识产权许可。

△Inkbit的3D打印机可以批量生产多种材料。通过Inkbit剪辑。

参考阅读：

1. 深度：美国防部首份《增材制造战略》解析
2. 3D打印弹药和零件！克莱姆森大学研究人员与美国陆军研究实验室合作
3. 美国空军、海军资助Senvol开发3D打印机器学习工具
4. 美国陆军利用传感器对跟踪检测3D打印部件监测，检查磨损情况
5. Inkbit Vista Walkthrough
6. Inkbit Awarded Research Contract from The United StatesAir Force
7. Inkbit Secures US Air Force Contract for Three VistaMultimaterial 3D Printers
8. The Next Generation System for Next Generation Products