當機器學習遇上3D列印，大型工業製造革命指日可待

【獵雲網（微信號：ilieyun）】9月28日報道 （編譯：小白）

編者註：兩年時間在阿姆斯特丹3D列印一座鋼鐵大橋，實踐向世人展示了這項技術的行與不行。

五年前，3D曾經一度風靡世界，無數人甚至認為，未來將充斥著3D列印。比如我們會駕駛著3D列印的汽車，住在3D列印的房子里。然而，五年後，我們想像中的未來並沒有時間。但是即便炒作不再，仍有公司正在堅持開發這項技術。

兩年前，MX3D宣布了一項計劃，將使用3D列印技術建造一整座由Joris Laarman設計的鋼鐵大橋。這個項目進展順利，預計在未來幾年內即可竣工。對此，公司和其主要投資方Autodesk與我們獨家分享了他們的進度。技術的發展以及項目的進行十分令人驚嘆，無數難題在這一過程中被克服，未來十分值得期待。

工業應用的完美案例

這座橋樑無疑是從造船到海上石油鑽機等一系列鋼鐵列印應用的概念證明。實現這一目標不僅需要更好的軟體，還需要能夠自己學習3D列印的機器人。「我們即將取得可列印物體體積的重大突破，將為3D列印的應用帶來飛躍發展，」MX3D公司的管理人Gijs van der Velden說道。MX3D是一家致力於商業化大規模鋼鐵列印的創業公司，剝離自Joris Laarman Lab。

當Laarman第一次設計這座橋樑時，該橋本由像冰晶一樣的格子狀柱子支撐。橋樑坐落於靠近阿姆斯特丹歷史悠久的紅燈區附近的運河上。但是由於一個簡單的原因，橋樑發生了根本性變化：該市的發現橋樑的設計會給運河的河床帶來巨大壓力，因此必須重新進行工程設計。現在正在被列印製造的橋樑更像是典型的行人結構，但橋面和形狀依然保持了原來奇異的彎曲和扭曲——並且這種設計只能以3D列印完成。更重要的是，它向所有潛在的合作夥伴展示了3D列印技術的可能性。

不過，列印過程中遇到的一個挑戰是列印大塊形狀。你可能會認為這是一個硬體問題——使用性能更好的機器就可以解決——但實際上這更多的是一個軟體問題。一直以來，現成的工業機器人是主角，客戶可以方便地預訂這些機器人，3周左右之後就可以收到貨，然後使用MX3D的軟體列印任何他們想要的東西。但是讓這些機器人焊接具有高性能部件所需的所有物理屬性的東西，就變得十分複雜。

鐵的物理性質在熔化後發生改變。不斷地重複加熱會使得鐵變脆，意味著你不能簡單地像列印塑料那樣一層又一層地3D列印鋼鐵結構。隨著一層一層地鋼鐵不斷堆疊，他們會重複加熱下面的鋼鐵曾。如果這些鋼鐵層最近剛列印完，他們會變得更加脆弱。克服這一困難意味著需要採用完全不同的列印側列。鋼鐵須建造在已經冷卻的區域，由於區域的不同，列印出來的彷彿是隨機圖案。用來3D列印鋼鐵的機器人看起來不怎麼像蜘蛛織網——倒更像是磕了葯的蜘蛛在織網。因為印表機不再需要等待某一特定位置的鋼鐵冷卻，印表機本身的工作效率可以提高兩倍。

但接下來的事情更加複雜。複雜的三維幾何是根據定義定製的，所以很難預先知道機器在創建強焊接時會在哪個位置遇到麻煩。但是機器學習可以解決這個問題。MX3D使用的工業機器人已經具備感測器，可以檢測用於加熱鋼鐵的電流值、鋼鐵的溫度以及焊接的準確位置。MX3D正在開展下一個階段工作：將該數據與機器學習演算法相結合，幫助機器人學習哪些焊接可能產生問題——並選擇要麼實時解決這些問題，要麼採用全新的移動模式以完全避免這些問題，重新合理構建每一層結構。「當你製作列印文件的時候，你可以解決掉明顯的問題，」van der Velden解釋說，「但在實際列印的時候，機器會識別出問題並即時創建解決方案。」

van der Velden同時也承認，3D列印鋼鐵將不適用於95%的工業建築項目。在這些項目中，鋼鐵的結構十分簡單，無需使用3D列印技術。但是，剩下的5%項目意味著巨大的市場。比如，海上石油鑽機的鋼支撐結構設計異常複雜困難。與其讓每個工程團隊建造每一個獨立部分，你可以聘請兩名工程師監管8台機器。此外，為石油鑽進平台等大型項目製造部件最耗時的步驟之一是削減關鍵部件，以盡量減少重量。將重量從6000公斤減少到5000公斤意味著你可用採用完全不同類型的起重機械進行安裝，從而大幅降低成本。對這些關鍵部件採用3D列印，使其複雜內部結構的重量減少到最低——最多可能減少50%的重量，同時還不需要額外的修整工作。大型高性能零件（如貨運輪船上的轉子）也可以使用3D列印，道理是一樣的。表面看上去一樣但內部實際上已經最優化的設計可以帶來極大的優越性。

讓我們再次回到這座大橋上。這個項目由Autodesk贊助，MX3D負責開發其軟體。並且，十幾個合作方已經投資了數百萬美元用於開發這一技術。雖然大橋外表看上去十分酷炫，但其真正目的在於向我們展示幾十年來一塵未變的大型內部結構的創新可能性。「這並非一個能夠製造一切的神奇方式，」van der Velden說，「但我們會找到真正適用3D列印的重要新部件。」

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