ビジュアルフィードバック制御エポキシジェッティング（VCJ）3Dプリンター！インクビットの新技術

はじめに：2019年のコロナウイルスのパンデミックは、製造業における3Dプリントの需要の急増を完全に刺激しました。あらゆる分野で積層造形法を使用して従来の製造技術を改革しようとしており、軍事分野ではさらに活発化しています。
△インクビットビスタ。画像提供：Inkbit。
アンタークティック・ベアは、MIT傘下のインクビットが視覚フィードバック制御ドライブを備えた初の3Dプリントプラットフォームを開発したことを知り、2021年3月25日に同社が米空軍（USAF）から170万ドルの中小企業技術革新研究（SBIR）資金提供契約を獲得したと発表した。この契約は、Inkbit 独自のビジョンシステムを開発するための DARPA (国防高等研究計画局) の資金を基にしており、生産量を増やすための技術改善とソフトウェアツールの開発にも資金を提供しています。
△ 操作インターフェース
Inkbit は、米国空軍基地に Vision Control Jet (VCJ) 3D プリンター 3 台を提供する予定で、最初の 1 台はテキサス州兵によって使用され、部隊全体のコストが削減される予定です。
ビジョン制御ジェッティング（VCJ）3Dプリンター
Inkbit の Vision Controlled Jetting (VCJ) は、マシンビジョンと学習を利用して閉ループのリアルタイムフィードバック制御を実現するインクジェットポリマー 3D 印刷テクノロジーです。つまり、Inkbit 3D プリンターは、各レイヤー、すべてのボクセルを堆積時にスキャンし、目的のジオメトリとすでに印刷されたものとの間に矛盾がある場合、マシンは自動的に次のレイヤーを調整して補正します。収集されたすべてのデータにより、機械は間違いから学習し、収縮や反りなどの発生した可能性のある問題に対処するために適切な調整を実行できるようになります。
△Inkbit Vista は工場現場向けに特別に設計されており、既存の製造システムに直接統合できます。完全に自動化された生産により、製造業者は単位コストを大幅に削減し、効率的に生産を拡大することができます。
印刷ジョブ中にレイヤーごとにスキャンすることには、3D 印刷されていない部品を他の印刷されたオブジェクトに組み込むことができるマシンビジョンなど、他の利点もあります。また、システムは異物を識別して適切な調整を行うことができます。さらに、このシステムでは、従来のジェット 3D 印刷システムでは必要であったスクロールからインクを削り取る作業が不要になります。従来のジェット印刷プロセスでは、これらのジェット 3D 印刷システムはローラーを使用して感光性ポリマーの各層を平らにします。ビジョンシステムはこのメカニズムを排除し、従来のジェット 3D プリンターでは通常不可能であった幅広い材料の使用を可能にします。
△Inkbit Vista は、製品ポートフォリオを継続的に拡大し、柔らかく、硬く、強靭で、耐腐食性のある材料を提供することで、生産グレードのマルチマテリアルを工場現場にもたらします。
現在、3D プリントに使用されるほぼすべてのフォトポリマーは、アクリレート成分をベースにしているか、アクリレート成分を含んでいますが、Vista は触媒硬化物質 (エポキシなどのエンジニアリンググレードの樹脂など) を使用してプリントできます。従来のジェットプリンターで印刷する場合、樹脂は各層を平らにするために使用されるローラーに付着し、徐々に固まっていき、最終的には機械が詰まってしまいます。ステレオリソグラフィーやデジタル光処理機では、アクリレートを使用して重合反応を開始および終了させます。そうしないと、バレル全体が重合してしまいます。
△VCJ は、フォトポリマーが時間の経過とともに脆くなり弱くなるのを防ぎ、精密積層造形の可能性を再定義します。
エポキシなどのポリマーを使用した 3D プリントでは、アクリルでは実現できない、より耐久性と耐薬品性に優れた部品を製造できます。たとえば、この技術で製造された流体マニホールドは、強力な酸や塩基などの強力な化学物質で洗い流すことができます。 Vista は紫外線にさらされても劣化しない素材で印刷することもできるため、フォトポリマーで部品を 3D 印刷する際の大きな課題を解決します。
Vista、CSAIL、DARPA
Vista は、MIT のコンピュータ科学および人工知能研究所 (CSAIL) によって開発された Multi-Fab と呼ばれるシステムの進化形です。このマシンのユニークな点は、マシンビジョンを使用して印刷される各レイヤーをスキャンし、新しいレベルの精度と精密さを実現するだけでなく、印刷されていないコンポーネントを 3D 印刷された部品に埋め込むことができることです。 2017 年に Inkbit がスピンオフしたとき、Multi-Fab は Inkbit の最初のプロトタイプになりました。同社はシステムをバージョン 0 から再構築し、数回の反復を経て最終的に Vista になりました。
△プリントヘッドは固定式です。プロトタイプの変革には、従来のジェットプリンターを固定ベッド上で移動するプリントヘッドに置き換えるというアーキテクチャの変更が含まれます。同社の目標は、マルチマテリアルの工業グレードのマシンを構築することであるため、チームはプリントベッドを囲むハードウェアの重量を軽減しました。同時に、プリントヘッドを静止させたまま、プリントベッドをその下で前後に動かします。さらに、Stratasys のベテランたち (後に DSM とともにこのスタートアップ企業に 1,200 万ドルの投資に参加した) との交流を通じて、同社はシステムの精度の問題を回避するために、より頑丈なフレームも使用しました。
△可動式印刷プラットフォームのもう一つの大きな設計変更は、国防高等研究計画局（DARPA）が完成させた光干渉断層撮影法ベースのマシンビジョンシステムです。この技術は干渉法を利用して、光散乱媒体からマイクロメートル解像度の画像を生成します。 DARPA 主導のビジョンシステムは、将来のシステムにおいて印刷精度のレベルを向上させる能力を備えていることから米国防衛機関から高く評価されており、Inkbit がビジョンシステムに関連するマイルストーンを達成することを期待しています。同時に、彼らは同社を空軍に紹介し、Inkbit に最初の顧客の 1 つを提供しました。
△ビジョンシステム
マルチマテリアルプリント<br /> マルチマテリアル 3D プリントにジェッティング技術を使用する利点は、溶融可能なサポート樹脂を使用して 3D プリントできることです。 Inkbit は、熱湯浴またはオーブンでわずか 5 分で溶ける感光性ポリマーを開発しました。同社は現在、このプロセスを完全に自動化し、柔軟な産業用 3D 印刷技術を生み出すための追加モジュールを開発中です。
Vista には、マルチマテリアルパーツ用の 4 つのマテリアルスロットがあります。写真はInkbitから撮影しました。
新たな軍拡競争？
伝統的な製造業が流行病によって大きな打撃を受けたため、米軍は特に3Dプリント技術を好んでいるようだ。米国防総省が2021年1月に初の「付加製造戦略」を発表して以来、米軍は付加製造分野への投資を徐々に増やしている。まず、クレムソン大学と協力して、将来の車両、航空プラットフォーム、さらには 3D プリントされた弾薬を製造するための人工知能プラットフォームを作成し、次に 3D プリントの機械学習ツールを開発し、センサーを使用して 3D プリントされた部品の摩耗を検出しました。
△アメリカ陸軍の3Dプリント。画像は Deloitte University Press より。この一連の取り組みはすべて、柔軟な軍事設計、製造の簡素化、自動化の最新化へと向かっています。ますます緊迫する国際情勢を考えると、このような作戦は非常に非友好的なシグナルを送るに等しい。しかし、別の観点から見ると、この一連の措置は、世界の他の国々に先進技術の開発を求める警鐘を鳴らすものにもなった。科学技術力を強化し、優秀な人材を育成することは、世界全体の継続的な平和的発展にとって重要な保証です。
インクビットについて
Inkbit は、試作と製造の間に存在する障壁を取り除き、複数の材料を使用した製品の迅速なオンデマンド製造を可能にします。 InkbitVista は、マシンビジョンとリアルタイムフィードバック制御テクノロジを使用して、大量生産の速度、精度、信頼性の要件を満たす最初の 3D プリンターです。 Inkbit はマサチューセッツ州メドフォードに本社を置き、MIT のコンピューター科学および人工知能研究所 (CSAIL) にルーツを持ちます。同社の技術は、共同設立者の Wojciech Matusik 教授が主導する研究と、MIT からライセンスを受けた知的財産に基づいています。
△Inkbitの3Dプリンターは様々な素材を大量生産できます。 Inkbit 経由でクリッピングします。

参考文献：1. 米国国防総省初の「積層造形戦略」の詳細な分析
2. 3Dプリントされた弾薬と部品！クレムソン大学の研究者が米国陸軍研究所と協力
3. 米空軍と海軍がSenvolに資金提供し、3Dプリント機械学習ツールを開発
4. 米軍はセンサーを使って3Dプリント部品を追跡・検出し、摩耗をチェックしている
5. Inkbit Vista ウォークスルー
6. インクビットが米国空軍から研究契約を獲得
7. Inkbit が米国空軍と Vista マルチマテリアル 3D プリンター 3 台の契約を獲得
8. 次世代製品のための次世代システム

ビジュアルフィードバック制御エポキシジェッティング（VCJ）3Dプリンター！インクビットの新技術

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