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智慧生活設計事務所


2018年10月8日 星期一

MX3D to 3D print a steel bridge in Amsterdam


來源: 猎云网



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列印的房子裡。然而,五年後,我們想像中的未來,並沒有實現。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宣佈了一項計劃,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
這座橋梁無疑是,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。


当机器学习遇上3D打印,大型工业制造革命指日可待



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。

現在正在被列印製造的橋梁,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——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。


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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,像列印塑膠那樣一層又一層地,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層。

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——倒更像是磕了藥的蜘蛛在織網。因為列印機不再需要等待,某一特定位置的鋼鐵冷卻,列印機本身的工作效率,可以提高兩倍。


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但接下來的事情更加複雜。複雜的三維幾何,是根據定義客製化的,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算法相結合,幫助機器人學習那些焊接可能產生問題——並選擇要麼即時解決這些問題,要麼採用全新的行動模式,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,機器會辨識出問題,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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