Objecten gemaakt met 3D-printen kunnen lichter zijn, sterker, en complexer dan die geproduceerd door middel van traditionele productiemethoden. Maar er moeten verschillende technische uitdagingen worden overwonnen voordat 3D-printen de productie van de meeste apparaten transformeert.

In de handel verkrijgbare printers bieden over het algemeen alleen snelle, hoge precisie, of hoogwaardige materialen. Ze bieden ze zelden alle drie, het beperken van hun bruikbaarheid als productie-instrument. Vandaag, 3D-printen wordt voornamelijk gebruikt voor prototyping en kleine productie van gespecialiseerde onderdelen.

Nu Inkbit, een startup uit MIT, werkt eraan om alle voordelen van 3D-printen naar een hele reeks producten te brengen die nog nooit eerder zijn geprint - en het streeft ernaar dit te doen in volumes die de productieprocessen in verschillende industrieën radicaal zouden verstoren.

Het bedrijf bereikt dit door zijn multi-materiaal inkjet 3D-printer te koppelen aan machine-vision- en machine-learningsystemen. Het vision-systeem scant uitgebreid elke laag van het object terwijl het wordt afgedrukt om fouten in realtime te corrigeren, terwijl het machine-learningsysteem die informatie gebruikt om het kromtrekgedrag van materialen te voorspellen en nauwkeurigere eindproducten te maken.

"Het bedrijf is ontstaan ​​uit het idee om een ​​3D-printer ogen en hersenen te geven, " zegt Inkbit mede-oprichter en CEO Davide Marini Ph.D. '03.

Dat idee ontgrendelt een reeks toepassingen voor de machine van Inkbit. Het bedrijf zegt flexibeler materiaal veel nauwkeuriger te kunnen printen dan andere printers. Als een voorwerp, inclusief een computerchip of ander elektronisch onderdeel, wordt op het afdrukgebied geplaatst, de machine kan materialen eromheen precies printen. En als een object compleet is, de machine houdt een digitale replica bij die kan worden gebruikt voor kwaliteitsborging.

Inkbit is nog een bedrijf in een vroeg stadium. Het heeft momenteel één operationele printer voor productiekwaliteit. Maar het zal later dit jaar beginnen met de verkoop van gedrukte producten, beginnend met een pilot met Johnson en Johnson, alvorens zijn printers volgend jaar te verkopen. Als Inkbit gebruik kan maken van de huidige interesse van bedrijven die medische apparaten verkopen, consumentenproducten, en auto-onderdelen, zijn machines zullen de komende jaren een leidende productierol spelen in tal van miljardenmarkten, van dentale aligners tot industriële tooling en slaapapneumaskers.

"Iedereen weet dat de voordelen van 3D-printen enorm zijn, ', zegt Marini. 'Maar de meeste mensen ondervinden problemen bij de adoptie ervan. De technologie is er gewoon nog niet. Onze machine is de eerste die de eigenschappen van een materiaal kan leren en het gedrag ervan kan voorspellen. Ik geloof dat het transformerend zal zijn, omdat het iedereen in staat stelt om razendsnel van een idee naar een bruikbaar product te gaan. Het opent zakelijke kansen voor iedereen."

Een printer met potentie

Enkele van de moeilijkste materialen om tegenwoordig te printen, worden ook het meest gebruikt in de huidige productieprocessen. Dat omvat rubberachtige materialen zoals siliconen, en materialen voor hoge temperaturen zoals epoxy, die vaak worden gebruikt voor het isoleren van elektronica en in een verscheidenheid aan consumenten-, Gezondheid, en industriële producten.

Deze materialen zijn meestal moeilijk te bedrukken, wat leidt tot ongelijkmatige distributie en storingen in het afdrukproces, zoals verstopping. Ze hebben ook de neiging om na verloop van tijd aan de randen te krimpen of af te ronden. Inkbit-oprichters Wojciech Matusik, een universitair hoofddocent elektrotechniek en informatica, Javier Ramos BS '12 SM '14, Wenshou Wang, en Kiril Vidimče SM '14 werken al jaren aan deze problemen in de Computational Fabrications Group van Matusik binnen het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).

anno 2015, de mede-oprichters behoorden tot een groep onderzoekers die een relatief goedkope, nauwkeurige 3D-printer die een recordaantal van 10 materialen tegelijk kon printen door gebruik te maken van machinevisie. De prestatie kreeg de aandacht van veel grote bedrijven die geïnteresseerd zijn in de overgang van productie naar 3D-printen, en het jaar daarop kregen de vier ingenieurs steun van het Deshpande Center om hun idee om machinevisie te combineren met 3D-printen op de markt te brengen.

Bij het MIT, De onderzoeksgroep van Matusik gebruikte een eenvoudige 3D-scanner om de voortgang van de machine te volgen. Voor de eerste printer van Inkbit, de oprichters wilden "de ogen" van hun machine drastisch verbeteren. Ze besloten om een ​​optische coherentietomografie (OCT) scanner te gebruiken, die licht met lange golflengten gebruikt om door het oppervlak van materialen te kijken en materiaallagen te scannen met een resolutie van de fractie van de breedte van een mensenhaar.

Omdat OCT-scanners traditioneel alleen door oogartsen worden gebruikt om onder het oppervlak van de ogen van patiënten te onderzoeken, de enige beschikbare waren veel te traag om elke laag van een 3D-geprint onderdeel te scannen - dus het team van Inkbit "beet de kogel, " zoals Marini het beschrijft, en bouwde een aangepaste OCT-scanner die volgens hem 100 keer sneller is dan al het andere dat momenteel op de markt is.

Wanneer een laag wordt afgedrukt en gescand, de eigen machine-vision- en machine-learningsystemen van het bedrijf corrigeren automatisch alle fouten in realtime en compenseren proactief het kromtrekken en krimpen van een wispelturig materiaal. Deze processen breiden het scala aan materialen waarmee het bedrijf kan printen verder uit door de rollen en schrapers te verwijderen die door sommige andere printers worden gebruikt om precisie te garanderen, die de neiging hebben vast te lopen bij gebruik met moeilijk te printen materialen.

Het systeem is ontworpen om gebruikers in staat te stellen prototypen te maken en nieuwe objecten te vervaardigen op dezelfde machine. De huidige industriële printer van Inkbit heeft 16 printkoppen om onderdelen van meerdere materialen te maken en een printblok dat groot genoeg is om jaarlijks honderdduizenden producten ter grootte van een vuist te produceren (of kleinere aantallen grotere producten). Het contactloze inkjetontwerp van de machine betekent dat het vergroten van de omvang van latere iteraties net zo eenvoudig is als het uitbreiden van het printblok.

"Voordat, mensen konden prototypes maken met multimateriaalprinters, maar ze konden niet echt de laatste onderdelen maken, "Matosik zegt, opmerkend dat de nabewerking van de onderdelen van Inkbit volledig geautomatiseerd kan worden. "Dit is iets dat niet mogelijk is met andere productiemethoden."

De nieuwe mogelijkheden van Inkbit's machine betekenen dat sommige van de materialen waarmee de oprichters willen printen niet beschikbaar zijn, daarom heeft het bedrijf een aantal van zijn eigen chemicaliën ontwikkeld om de prestaties van hun producten tot het uiterste te drijven. Een eigen systeem voor het mengen van twee materialen vlak voor het afdrukken zal volgend jaar beschikbaar zijn op de printers die Inkbit wordt geleverd. Met het tweedelige chemiemengsysteem kan het bedrijf een breder scala aan materialen van technische kwaliteit printen.

Johnson en Johnson, een strategische partner van Inkbit, is bezig met de aanschaf van een van de eerste printers. De MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) heeft ook een belangrijke rol gespeeld bij het blootstellen van Inkbit aan toonaangevende bedrijven zoals Amgen, Asics, BAE-systemen, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, en anderen.

Vandaag, de oprichters besteden veel van hun tijd aan het opleiden van productontwerpteams die hun producten nog nooit eerder in 3D hebben kunnen printen, laat staan ​​dat ze elektronische componenten in 3D-geprinte onderdelen hebben verwerkt.

Het kan even duren voordat ontwerpers en uitvinders de mogelijkheden van geïntegreerde, multimateriaal 3D-printen. Maar voor nu, Inkbit werkt eraan om ervoor te zorgen dat, als die toekomst komt, de meest fantasierijke mensen zullen een machine hebben om mee te werken.

"Een deel hiervan is zijn tijd zo ver vooruit, " zegt Matusik. "Ik denk dat het heel fascinerend zal zijn om te zien hoe mensen het gaan gebruiken voor eindproducten."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.