當機器學習遇上3D打印，大型工業制造革命指日可待

兩年時間在阿姆斯特丹3D打印一座鋼鐵大橋，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打印。比如我們會駕駛著3D打印的汽車，住在3D打印的房子里。然而，五年后，我們想象中的未來并沒有時間。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打印技術建造一整座由JorisLaarman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

   這座橋梁無疑是從造船到海上石油鉆機等一系列鋼鐵打印應用的概念證明。實現這一目標不僅需要更好的軟件，還需要能夠自己學習3D打印的機器人?！拔覀兗磳⑷〉每纱蛴∥矬w體積的重大突破，將為3D打印的應用帶來飛躍發展”，MX3D公司的管理人GijsvanderVelden說道。MX3D是一家致力于商業化大規模鋼鐵打印的創業公司，剝離自JorisLaarmanLab。

   當Laarman第一次設計這座橋梁時，該橋本由像冰晶一樣的格子狀柱子支撐。橋梁坐落于靠近阿姆斯特丹歷史悠久的紅燈區附近的運河上。但是由于一個簡單的原因，橋梁發生了根本性變化：該市的發現橋梁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?，F在正在被打印制造的橋梁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——并且這種設計只能以3D打印完成。更重要的是，它向所有潛在的合作伙伴展示了3D打印技術的可能性。

   不過，打印過程中遇到的一個挑戰是打印大塊形狀。你可能會認為這是一個硬件問題——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件問題。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周左右之后就可以收到貨，然后使用MX3D的軟件打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，就變得十分復雜。

   鐵的物理性質在熔化后發生改變。不斷地重復加熱會使得鐵變脆，意味著你不能簡單地像打印塑料那樣一層又一層地3D打印鋼鐵結構。隨著一層一層地鋼鐵不斷堆疊，他們會重復加熱下面的鋼鐵曾。如果這些鋼鐵層最近剛打印完，他們會變得更加脆弱?？朔@一困難意味著需要采用完全不同的打印側列。鋼鐵須建造在已經冷卻的區域，由于區域的不同，打印出來的仿佛是隨機圖案。用來3D打印鋼鐵的機器人看起來不怎么像蜘蛛織網——倒更像是磕了藥的蜘蛛在織網。因為打印機不再需要等待某一特定位置的鋼鐵冷卻，打印機本身的工作效率可以提高兩倍。

   但接下來的事情更加復雜。復雜的三維幾何是根據定義定制的，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傳感器，可以檢測用于加熱鋼鐵的電流值、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算法相結合，幫助機器人學習那些焊接可能產生問題——并選擇要么實時解決這些問題，要么采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?！爱斈阒谱鞔蛴∥募臅r候，你可以解決掉明顯的問題，”vanderVelden解釋說，“但在實際打印的時候，機器會識別出問題并即時創建解決方案?！?/p>

   vanderVelden同時也承認，3D打印鋼鐵將不適用于95％的工業建筑項目。在這些項目中，鋼鐵的結構十分簡單，無需使用3D打印技術。但是，剩下的5％項目意味著巨大的市場。比如，海上石油鉆機的鋼支撐結構設計異常復雜困難。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臺機器。此外，為石油鉆進平臺等大型項目制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公斤意味著你可用采用完全不同類型的起重機械進行安裝，從而大幅降低成本。對這些關鍵部件采用3D打印，使其復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打印，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負責開發其軟件。并且，十幾個合作方已經投資了數百萬美元用于開發這一技術。雖然大橋外表看上去十分酷炫，但其真正目的在于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?！斑@并非一個能夠制造一切的神奇方式，”vanderVelden說，“但我們會找到真正適用3D打印的重要新部件?！?/p>