機(jī)器人的“肌肉”、要上天的衛(wèi)星，還有生活中的各種小物件，現(xiàn)在都可以通過3D打印出來。AI設(shè)計(jì)、仿真模擬、一鍵打印，你想要的產(chǎn)品就可以從3D打印設(shè)備里“長”出來。

所想即所得

探秘3D打印“智”造

(資料圖片)

如此精密的3D打印聽起來難以實(shí)現(xiàn)但卻不是科幻，而是一種全新的增材制造技術(shù)。這種“所想即所得”的制造方式，正在改變著產(chǎn)業(yè)和我們的生活。

機(jī)器人走著貓步，動作十分?jǐn)M人，拆開它的外衣，我們看到的這些像蜂窩一樣，呈現(xiàn)密集晶格狀結(jié)構(gòu)的就是它的“肌肉”。它們不僅“柔軟”有韌性，還可以緊密貼合機(jī)器人的剛性結(jié)構(gòu)，功能就像人類的肌肉一樣。而這些“肌肉”就是3D打印出來的。

蘇州3D打印新材料工程技術(shù)研究中心主任 王文斌：它本身是一種特殊結(jié)構(gòu)，可以緩震、保護(hù)，另外因?yàn)樗晴U空晶格的結(jié)構(gòu)，可以散熱。還有一個作用是輕量化，因?yàn)樵谕瑯拥慕Y(jié)構(gòu)之下，它填充了很多的晶格。但是它的韌性和耐磨度很強(qiáng)，包括未來比如說機(jī)器人要爬上爬下，要干活，都沒問題。

在可以為機(jī)器人生產(chǎn)“肌肉”的現(xiàn)代制造工廠，每一臺打印機(jī)就像一個自動化車間，通過電腦控制，可以生產(chǎn)出定制化的零部件。不同于傳統(tǒng)3D打印只是把材料按照三維模型進(jìn)行逐層堆疊，打印機(jī)器人“肌肉”所使用的是一種全新的光固化3D打印技術(shù)。

蘇州3D打印新材料工程技術(shù)研究中心主任 王文斌：我們管這項(xiàng)技術(shù)叫聚合生長，一邊聚合一邊生長，就像小草不知不覺就長大了。

光固化3D打印機(jī)，沒有噴頭，而是用光作為“開關(guān)”。特殊的光敏感打印材料一開始是液體，當(dāng)光照射到某一個位置，材料瞬間就會發(fā)生聚合反應(yīng)，固化成型。它在速度上能比傳統(tǒng)3D打印快20~100倍，一盤材料，兩三個小時就能打出各式產(chǎn)品。更重要的是，這些材料可以按照你想要的結(jié)構(gòu)、彈性和性能提前編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)按需打印。

王文斌介紹，因?yàn)楣夥磻?yīng)會產(chǎn)生畸變，造成精度下降，所以需要算法補(bǔ)償來進(jìn)行很精密的控制。每一臺打印機(jī)里，都有一個力傳感的參數(shù)，可以理解為里面有一個稱，它會修正克重。根據(jù)場景所需要，最高精度現(xiàn)在可以做到2.8微米。

設(shè)計(jì)編程、一次性打印，意味著機(jī)器人正從“構(gòu)件組裝”走向“結(jié)構(gòu)生成”。制造者不再是拼裝零件，而是通過幾何與材料的組合，讓力量和形態(tài)一起被“打印”出來。

人工智能+3D打印

制造方式迭代升級

除了打印機(jī)器人充滿韌性的“肌肉”，這種按需制造的方式還可以打印各種生活用品。在人工智能的加持下，AI篩選材料，仿真模擬驗(yàn)證，云工廠遠(yuǎn)程執(zhí)行任務(wù)，一切皆可打印。

鞋、包、自行車座椅、甚至連牙齒都可以按需定制，快速打印生產(chǎn)。記者現(xiàn)場對自己的臉進(jìn)行了三維掃描，材料工程師將制備好的材料倒入打印機(jī)，不到半個小時，一個栩栩如生、精準(zhǔn)復(fù)刻的人臉模型就打印完成了。

而為了能夠?qū)崿F(xiàn)“一切皆可打印”的目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)在材料上不斷研發(fā)創(chuàng)新，目前已經(jīng)積累了約1.2萬個不同的材料配方，他們將每種材料的分子結(jié)構(gòu)、打印表現(xiàn)和力學(xué)數(shù)據(jù)做成了數(shù)據(jù)庫。開發(fā)新產(chǎn)品時，只需提出性能目標(biāo)，AI就能從數(shù)據(jù)庫里篩選出最符合需求的結(jié)構(gòu)和配方，并通過仿真模擬驗(yàn)證性能效果。

蘇州3D打印新材料工程技術(shù)研究中心主任 王文斌：這是一種材料，在電子行業(yè)里用于消除靜電。用高溫?zé)梢韵裣炓粯幽軌蛲耆阉鼰?，沒有殘留，所以叫鑄造材料。這種高精度材料，我們基本可以控制在0.05毫米的精度上去做。因?yàn)檫@個材料的收縮率很低，很適合牙科。

人工智能和分子性能的結(jié)合讓材料開發(fā)可以按需定制。人工智能還能在設(shè)計(jì)師的指導(dǎo)下，生成各種3D產(chǎn)品造型，再通過數(shù)字系統(tǒng)發(fā)送指令，指揮打印機(jī)完成任務(wù)。每臺打印機(jī)都可以遠(yuǎn)程執(zhí)行個性化任務(wù)。無人工廠內(nèi)，機(jī)器人自主完成填料、取貨整套流程?！八爰此?，所得即所用”的制造新模式正在走向現(xiàn)實(shí)。

蘇州3D打印新材料工程技術(shù)研究中心主任 王文斌：我們所有的打印機(jī)都被一個服務(wù)器所控制，當(dāng)我們有新的設(shè)計(jì)或圖紙進(jìn)來的時候，就會通過服務(wù)器上傳到每臺打印機(jī)上。過去需要開模具，需要去做各種材料，這是一個非常漫長的過程，但在我們這里一天就可以完成所有的事情。

3D打印衛(wèi)星

智能制造飛向太空

隨著材料制備和打印精度的提升，3D打印的應(yīng)用范圍也越來越廣。比如飛機(jī)渦噴發(fā)動機(jī)、飛機(jī)機(jī)身、汽車零部件等，如今都能被“打印”出來。最近，一批全新3D打印的衛(wèi)星也下線了。

用3D打印一顆衛(wèi)星需要幾步?

第一步，將模型數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入系統(tǒng)。

第二步，打?。杭す庠诮饘俜勰┥峡焖贌Y(jié)，然后再鋪滿金屬粉，再燒結(jié)，通過這種層層燒結(jié)的方式，一個衛(wèi)星的主體框架結(jié)構(gòu)就一次性打印完成了。

第三步，CT檢測，也就是為衛(wèi)星做個體檢，確認(rèn)內(nèi)部質(zhì)量。

這樣，一個高質(zhì)量的衛(wèi)星核心結(jié)構(gòu)就打印完成，進(jìn)行組裝?；鸺l(fā)射時有上百倍重力的震動，太空中溫差極大，可以從零下150℃到零上150℃，為了滿足發(fā)射過程與太空環(huán)境對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的雙重挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)在技術(shù)上進(jìn)行了一系列創(chuàng)新，讓幾毫米的變形都不能出現(xiàn)。

國星宇航執(zhí)行副總裁 趙宏杰：普通的商用材料難以滿足航天的需求，所以我們自主研發(fā)了專用的航天級高性能合金。其實(shí)在工藝方面，我們需要精準(zhǔn)控制激光功率、掃描路徑等參數(shù)，來找到最佳的工藝的窗口。最后在檢測的環(huán)節(jié)，我們的AI增材制造系統(tǒng)建立了全過程的質(zhì)量監(jiān)控體系，在打印中實(shí)時監(jiān)測熔蝕，在打印后利用工業(yè)CT進(jìn)行無損探傷，就像醫(yī)生給病人做CT一樣，確保衛(wèi)星零件內(nèi)部的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

團(tuán)隊(duì)介紹，重量是影響衛(wèi)星發(fā)射成本的一個重要因素。此外，傳統(tǒng)衛(wèi)星由上百個零件組裝而成，周期長環(huán)節(jié)多，會影響效率和質(zhì)量。而引入AI的3D智能打印和檢測，將大大縮短衛(wèi)星設(shè)計(jì)制造的周期。

國星宇航執(zhí)行副總裁 趙宏杰：從設(shè)計(jì)圖紙到零件，傳統(tǒng)工藝可能需要很多個月，我們可以把生產(chǎn)周期縮短到了幾天，甚至幾個小時。我們通過3D打印實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)工藝無法做到的結(jié)構(gòu)功能的一體化成型，然后去除了傳統(tǒng)工藝中很多的焊點(diǎn)、風(fēng)險點(diǎn)，解決了多部件組件帶來的連接失效的在軌風(fēng)險。整體來說，這對于我們應(yīng)對未來大規(guī)模太空計(jì)算中心的建設(shè)，降低工業(yè)化衛(wèi)星全生命周期的成本具有關(guān)鍵的意義。

原標(biāo)題：衛(wèi)星、機(jī)器人“肌肉”都能打 3D打印重塑制造邊界

值班主任：李歡

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