MITで生まれた、マシンビジョンと機械学習を活用した量産グレードのマルチマテリアル3Dプリント技術

出典: 3Dサイエンスバレー

プラスチック部品の大量生産のための 3D プリント技術は、速度、精度、品質の要件を同時に満たす必要がありますが、現在の市販の 3D プリント装置では、通常、これら 3 つの要件を同時に満たすことは困難です。

MIT Newsによると、MITから生まれたスタートアップ企業が、印刷速度、精度、品質を兼ね備えたマテリアルジェット3D印刷装置を開発しているという。このデバイスのコア技術は、3D 印刷デバイスの目と頭脳のようなマシンビジョンと機械学習システムであり、印刷プロセスをリアルタイムで監視することで、この 3D 印刷技術の印刷品質と速度を向上させ、印刷可能な材料の範囲を拡大します。

Inkbit の 3D 印刷技術は、複数の材料で作られたオブジェクト (上の写真のピンチバルブなど) を大量生産できます。

「目」と「脳」を備えたマルチマテリアル 3D プリント技術
Inkbit は、2017 年に MIT のコンピューター科学および人工知能研究所 (CSAIL) からスピンアウトした企業です。同社はDARPAとジョンソン・エンド・ジョンソンから研究資金を受けています。印刷技術はマテリアルジェッティング技術で、プリンターにはマシンビジョンと機械学習技術が搭載されています。

マシンビジョン技術は、印刷プロセス中に各印刷層をスキャンし、発生したエラーを修正します。機械学習システムは、材料の反り挙動を予測するために使用されます。これらの人工知能技術は、印刷された材料の特性を学習し、その挙動を予測することができます。

Inkbit の 3D 印刷装置には、材料の各層が堆積されるたびに地形図を生成する独自の高速スキャンシステムが搭載されています。以降の印刷では、予想される形状からの偏差が修正されます。このデータは、各材料の特性を学習してその動作を予測する機械学習アルゴリズムのトレーニングにも使用され、3D プリンター装置が部品を迅速かつ正確に製造できるようにします。視覚認識システムは、各 3D プリントの完全なデジタル記録を提供し、3D プリントされた部品の品質管理を可能にします。

2016年、Inkbitの4人のエンジニアがマシンビジョン技術と3Dプリントを組み合わせるというアイデアを商品化しました。彼らの仕事は、マシンビジョンシステムを機械の生産速度に追いつかせることです。彼らはまず、長波長の光を使って100ミクロンの解像度で材料の表面を覗き込む光干渉断層撮影（OCT）スキャナーを使って、3Dプリント装置の「目」を改良した。市販の OCT スキャナーは 3D プリント部品のすべての層をスキャンするには遅すぎるため、Inkbit は、現在市場に出回っているものよりも 100 倍高速であると主張するカスタム OCT スキャナーを構築しました。

レイヤーが印刷されスキャンされると、マシンビジョンと機械学習システムがリアルタイムでエラーを自動的に修正し、不安定な材料の反りや収縮の動作を事前に補正します。 Inkbit のデバイスにはローラーやスクレーパーがないため、デバイスで印刷できる素材の範囲がさらに広がり、スクレーパーが簡単に詰まる印刷が難しい素材も印刷できるようになります。

他の 3D 印刷技術と同様に、生産における最終的な応用の鍵となるのは印刷材料です。 Inkbit が開発した非接触型マテリアルジェッティング 3D 印刷技術は、最大 800% の弾性を持つエラストマーや最大 170°C の温度に耐えられる樹脂など、厳しい性能要件を持つ多くの新しい材料に対応できるほか、硬度の異なる複数の材料による部品の印刷も可能です。

また、電子製品やさまざまな消費者製品、健康製品、工業製品の絶縁によく使用されるシリコン樹脂やエポキシ樹脂など、従来の製造工程で一般的に使用される一部の硬質材料の製造も含まれます。これらの材料は積層造形で製造するのが難しく、印刷中に不均一な分布、目詰まり、エッジの収縮が発生することがよくあります。 Inkbit の創設チームは、MIT のコンピューター科学および人工知能研究所でこれらの問題を研究してきました。

Inkbitによると、この3Dプリンターは構造用電子部品などの部品を正確かつ柔軟に製造できるという。チップやその他の電子部品を印刷領域に配置すると、3Dプリンターは電子部品の周囲に材料を正確に印刷できる。その応用範囲には、目に見えない矯正器具や睡眠時無呼吸マスクなどの製造も含まれます。

Inkbit が提供するマテリアルジェッティング 3D 印刷技術は、さまざまな材料を同時に堆積し、デジタルで混合するマルチマテリアル印刷技術です。 Inkbit システムは、数十ミクロンの精度で部品を製造しながら、1 時間あたり 4.5 kg の材料を堆積できます。プリンターには 3 つのビルドおよびサポート材料が付属しており、8 つまで拡張可能です。この装置はモジュール式アーキテクチャを特徴としており、コンポーネントを迅速に交換、修理、アップグレードすることができ、自動化されたビルドプレートのロードと後処理プロセスが装備されています。

この3Dプリント技術の開発者によると、マルチマテリアル3Dプリンターはこれまで試作品を作るために使われてきたが、実際の生産にはまだ使われていないという。Inkbitのマルチマテリアルジェッティング3Dプリント装置は大量生産を目的としている。

Inkbit は、生産グレードのマルチマテリアルジェッティング 3D 印刷装置を開発しました。同社は、ジョンソン・エンド・ジョンソンを最初のパイロットユーザーとして、今年末までに 3D 印刷製品の販売を開始する予定です。来年には3Dプリンター機器の販売も開始される予定。

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