看3D打印如何結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)更智能的制造？

關(guān)于3D打印在技術(shù)和應(yīng)用層面上發(fā)生的變化，3D打印與機器人成為生產(chǎn)線的一部分，與其它相關(guān)技術(shù)與裝備協(xié)調(diào)配合，從而不斷地制造不同的產(chǎn)品：包括塑料產(chǎn)品、金屬零件以及復(fù)合材料產(chǎn)品。如今，這一切正在發(fā)生，機器與機器之間的連通，不同的技術(shù)相互結(jié)合，不僅創(chuàng)造了新的產(chǎn)品外形， 還創(chuàng)造了新的材料組合。

智能制造的基礎(chǔ)是一個自動協(xié)作過程–人類和機器一起工作。據(jù)市場觀察，在一項名為“使用增強現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計交互界面”的新研究中，一些研究人員使用增強現(xiàn)實技術(shù)為智能制造設(shè)計交互界面。

在分布式數(shù)字控制（DNC）系統(tǒng)中，每臺設(shè)備，不管是銑床還是3D打印機，都連接到機器的控制單元（MCU），MCU通過發(fā)送程序來控制這些設(shè)備，這些程序是機器要執(zhí)行的一組指令的組合。MCU又稱單片微型計算機或者單片機，我們在諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

據(jù)了解，研究人員為了使工廠智能化，普遍的方法是讓機器操作員直接在機床上實現(xiàn)車間級的零件編程任務(wù)，這被稱為手動數(shù)據(jù)輸入（MDI），當(dāng)然要實現(xiàn)車間級編程需要對操作員在零件編程方面的進行一定的基礎(chǔ)培訓(xùn)。然而，當(dāng)前的趨勢卻在“跳過”人工編程這個方向發(fā)展，操作員只需要手動將零件幾何數(shù)據(jù)和運動命令輸入MCU就可以了，這樣MDI只處理簡單的操作和零件。這就迫切需要合適的人機交互工具（HMI），以支持SmartMFG環(huán)境中的交互化和定制化。

當(dāng)然，很多人包括研究人員最關(guān)心的問題可能是HMI系統(tǒng)應(yīng)該是什么樣的，以便個人可以訪問，并通過交互的方式實現(xiàn)智能制造？這時候，以AR為基礎(chǔ)設(shè)計的界面的重要性就顯現(xiàn)出來了，而以AR為基礎(chǔ)的界面設(shè)計直接與MCU通訊，從而增加MDI系統(tǒng)中多方面交互并提高指令的復(fù)雜性。

在這一設(shè)想的基礎(chǔ)上，據(jù)了解，研究人員開發(fā)了一種樣機系統(tǒng)，其中包括AR增強現(xiàn)實平板設(shè)備和作為設(shè)備端的Ultimaker 3D打印機。

基于由Google Tango AR工具包提供支持的華碩Zenfone智能手機，研究人員開發(fā)的軟件系統(tǒng)利用物理對象的深度圖像，允許用戶虛擬地與構(gòu)建平臺進行交互。并且，系統(tǒng)還支持二次建模，用戶可以在現(xiàn)有對象上繪制2D曲線，并通過簡單的交互將2D曲線轉(zhuǎn)換為3D形狀。設(shè)計完成后，軟件系統(tǒng)會將它們轉(zhuǎn)換為一組控制和指導(dǎo)制造端設(shè)備的指令。使用無線網(wǎng)絡(luò)將指令直接發(fā)送到3D打印機，這樣一個全新的產(chǎn)品就被制造出來了。

Zenphone設(shè)備通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和Ultimaker 3 3D打印機建立通訊。物理坐標(biāo)系和AR環(huán)境的坐標(biāo)系通過QR代碼來校對。研究人員還做了一個基于AR的設(shè)計系統(tǒng)，允許用戶在現(xiàn)有物體上設(shè)計形狀。Zenphone設(shè)備獲取3D的點云數(shù)據(jù)，然后允許用戶繪制和編輯2D曲線并將這些曲線投影到現(xiàn)有平面上。

除了推動設(shè)備與控制系統(tǒng)的溝通，這個系統(tǒng)的另一個亮點在于建模過程的交互性，這使得用戶可以進行二次建模，不管原來的模型是通過掃描完成的還是通過其他的建模軟件由設(shè)計人員完成的，用戶能夠在增強現(xiàn)實中設(shè)計新對象，而且用戶僅僅需要完成2D設(shè)計，軟件將其轉(zhuǎn)換為3D模型，然后將其傳送到3D打印機上，這對傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)來說是難以實現(xiàn)的。

來源：3D科學(xué)谷