机器学习如何改变3D打印？先从造一座“钢桥”开始

　　五年前，3D打印席卷全球。有人想象我们会住在3D打印的房子里，拥有3D打印的汽车。但是你现在也看到了，事情并没有那么顺利。但是，一些公司已经在开发并稳步推进这项技术的发展。最近，FastCodesign发表了一篇关于MX3D的文章，该文章在两年前宣布用3D打印技术建造一座钢桥。公司的进展。文章指出，机器学习将给3D打印带来巨大帮助。

　　2015年，MX3D宣布了一项计划，将在两年后3D打印出乔里斯·拉尔曼(Joris Laarman)设计的钢桥。现在，这个项目真的在向前推进，预计今年年底完成。应该公司其主要投资者Autodesk同意披露与Co.Design的独家项目进展，有趣的是发展了多少东西，解决了多少问题——以及这个项目来自哪里。

　　这座桥实际上是为了证明印钢的概念。为了实现这个目标，我们不仅需要更好的软件，还需要一个能够自学如何在3D打印中做得更好的机器人。“我们在可打印项目的数量方面取得了很大进展，这将对实际应用有很大帮助，”Gijs van der Velden说。他是MX3D的运营商，应该是公司从Joris Laarman实验室剥离出来，致力于大规模钢打印的商业化。

　　当拉尔曼最初梦想建造这座桥时，他想用一种类似于冰晶的结构作为底部支撑。这座桥将建在阿姆斯特丹历史悠久的红灯区附近的一条运河上。现在，这座桥发生了根本性的变化，原因很简单:市里发现原来的设计方案会给运河的大坝带来很大的压力。因此，这座桥必须重新设计。现在正在打印的桥梁更倾向于典型的行人结构，但其表面和形状仍然是弯曲和扭曲的，这只能通过3D打印来完成。

　　这就是问题的关键:向所有潜在的合作伙伴展示3D打印能做什么。

　　对于他们来说，打印大件物品是一个巨大的挑战。你可能觉得这是硬件问题，可以通过制造更好的机器人来解决。但其实更多的是软件的问题。一直以来，他们的想法都是使用现成的工业机器人，让客户直接订购机器人，然后用MX3D软件打印出自己喜欢的任何东西。对于这些机器人来说，高性能地焊接零件是非常复杂的。

　　钢熔化时，它的物理性质会发生变化。不断加热会使它变脆。这意味着你不能像打印塑料物体一样，简单地为3D打印钢铁建造一个结构。随着钢层的应用，它们将重新加热下一层钢。如果这些钢只是最近才使用，它们会变得越来越弱。克服这一挑战意味着找到一种完全不同的印刷策略。由于不同地区的加热程度不同，钢铁必须以看似随机的模式建造。由于打印机不再等待某个位置的钢材冷却，其工作速度可以达到原来的两倍。

　　但是事情变得更加复杂。根据定义，复杂的3D几何形状是定制的，因此很难事先知道机器焊接不同零件的难度。这就是机器学习可以发挥作用的地方。MX3D使用的工业机器人安装了传感器，可以检测用来加热金属的电流、金属的热度以及焊接的具体位置。MX3D正在进行下一阶段的工作:将这些数据与机器学习算法相结合，帮助机器人理解哪些焊接可能会产生问题，然后寻求实时解决这些问题的方法，或者完全避免这些问题，从而形成新的运动模式，使每一层都能正常建立。“当你制作打印文件时，大问题就会迎刃而解，”范德韦尔登解释道。"当你真的在打印时，机器会识别出问题，并迅速制定解决方案."

　　他承认，95%的工业建筑项目不会使用3D打印钢材。在这种情况下，他们需要的只是结构简单的钢材。但剩下的5%是一个巨大的市场。例如，海洋石油钻井平台的钢支撑结构的设计就很困难。有了3D打印技术，你可能只需要两个工程师来监控八个机器人来制造相关部件，而不是一个工程师团队。此外，在为石油钻井平台等大型项目制造部件时，最耗时的步骤之一是切割关键部件以减轻重量。如果重量从6000公斤降到5000公斤，所需的起重机就完全不一样了，成本也会低很多。利用3D打印技术制造类似零件，不仅可以很好地制作其错综复杂的内部结构，还可以大大减轻重量，可能减轻50%。此外，不需要额外的剃须工作。同样的， 这也适用于大型高性能部件，如货船上的转子。这样会节省很多能量，零件外观是一样的，但是内部是以最优的方式掏空的。

　　我们回桥上去吧。其目的是为MX3D打开市场。虽然在桥外看起来很酷，但实际上是为了展示那些几十年来变化不大的巨大设备的内在可能性。“这不是制造一切的神奇方法，”范德威尔登说。“但我们会找到真正重要的新零件来打印。”