当机器学习遇上3D打印，大型工业制造革命指日可待

五年前，3D曾经风靡全球，无数人甚至认为未来将充满3D打印。比如我们会开3D打印的车，住3D打印的房子。然而，五年过去了，我们想象的未来已经没有时间了。但即使炒作不再，仍有公司坚持开发这项技术。

　　两年前，MX3D宣布了一项计划，利用3D打印技术建造一座由Joris Laarman设计的全钢桥。这个项目进展顺利，预计在未来几年内完成。在这方面，公司其主要投资者Autodesk与我们独家分享了他们的进展。技术的发展和项目的进展是惊人的。在这个过程中克服了无数的问题，未来值得期待。

　　工业应用的完美案例

　　这座桥无疑是一系列钢打印应用的概念证明，从造船到海上石油钻井平台。要实现这个目标，我们不仅需要更好的软件，还需要能够自学3D打印的机器人。“我们即将在可打印对象的体积方面取得重大突破，这将为3D打印的应用带来巨大发展，”MX3D公司经理Gijs van der Velden说。MX3D是一家致力于大规模钢印商业化的企业。公司从乔里斯·拉尔曼实验室取出的。

　　当拉尔曼最初设计这座桥时，它是由像冰晶一样的格构柱支撑的。这座桥位于阿姆斯特丹历史悠久的红灯区附近的运河上。然而，由于一个简单的原因，这座桥发生了根本性的变化:这座城市发现的桥的设计会给运河的河床带来巨大的压力，因此需要重新设计工程。现在正在打印和制造的桥梁更像是典型的行人结构，但桥面和形状仍然保持着原来奇怪的弯曲和扭曲——而这种设计只有通过3D打印才能完成。更重要的是，它向所有潜在的合作伙伴展示了3D打印技术的可能性。

　　然而，在印刷过程中遇到的挑战之一是印刷大的形状。你可能认为这是硬件问题——用性能更好的机器就能解决——但实际上更多的是软件问题。现成的工业机器人一直是主角。客户可以很容易地预订这些机器人，大约3周后收到货物，然后使用MX3D软件打印他们想要的任何东西。但是要让这些机器人焊接出具有高性能零件所需的所有物理特性的东西是非常复杂的。

　　铁熔化后，其物理性质会发生变化。反复加热会让铁变脆，也就是说不能像打印塑料一样简单地一层一层打印钢结构。随着钢铁一层一层的堆积，他们会反复加热下面的钢铁。如果这些钢层是最近刚打印出来的，会变得更加脆弱。克服这个困难意味着需要采用完全不同的打印侧边栏。钢必须建在冷却的区域，由于区域不同，印出来的图案看起来是随机的。用于3D打印钢铁的机器人看起来不像蜘蛛织网——更像蜘蛛在药物上织网。因为打印机不再需要等待特定位置的钢材冷却，所以打印机本身的工作效率可以提高一倍。

　　但是接下来的事情就比较复杂了。复杂的三维几何是根据定义定制的，所以很难提前知道机器在创建强焊接时会在哪里遇到麻烦。但是机器学习可以解决这个问题。MX3D使用的工业机器人已经有传感器，可以检测用来加热钢材的电流值、钢材的温度以及焊接的准确位置。MX3D正在进行下一阶段的工作:将这些数据与机器学习算法结合起来，帮助机器人学习哪些焊接可能会导致问题——并选择要么实时解决这些问题，要么采用全新的运动模式来完全避免这些问题，并合理地重新构建每一层结构。“当你制作打印文件时，你可以解决显而易见的问题，”范德韦尔登解释说。"但是当你真正打印的时候，机器会识别出问题并立即给出解决方案."

　　范·德·费尔登也承认，3D打印钢材将不适用于95%的工业建筑项目。在这些项目中，钢材的结构非常简单，不需要3D打印技术。但是，剩下的5%项目，意味着巨大的市场。例如，海洋石油钻机的钢支撑结构的设计极其复杂和困难。你可以雇佣两个工程师来监督八台机器，而不是让每个工程团队来建造每个独立的部分。此外，在制造石油钻井平台等大型项目的部件时，最耗时的步骤之一是削减关键部件，以减轻重量。把重量从6000公斤降到5000公斤，意味着你可以用完全不同类型的起重机械来安装，从而大大降低成本。通过对这些关键部件使用3D打印，它们复杂的内部结构的重量可以减少到最小——最多50%， 并且不需要额外的修整工作。大型高性能零件(比如货船上的转子)也可以3D打印，道理是一样的。一个表面看起来一样，其实内部优化的设计，可以带来很大的优势。

　　让我们再回到这座桥上。这个项目由Autodesk赞助，MX3D负责开发其软件。而且，已经有十几个合作伙伴投入了数百万美元开发这项技术。虽然桥的外观看起来很酷，但它的真正目的是向我们展示几十年不变的大内部结构的创新可能性。“这不是制造一切的神奇方法，”范德韦尔登说，“但我们会找到真正适合3D打印的重要新部件。”