FAMU-FSU通過在機器之間共享數(shù)據(jù)來提高3D打印質(zhì)量，滿足多樣化的市場需求

2022年4月6日，南極熊獲悉，F(xiàn)AMU-FSU工程學院的研究人員正在通過教機器相互學習來改進3D打印技術。

△工業(yè)工程副教授王輝（左）和博士生魏安尊共同發(fā)表了一篇論文，詳細介紹了互連3D打印機收集的云數(shù)據(jù)如何提高質(zhì)量和打印精度。圖片來自FAMU-FSU

該論文已發(fā)表在IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）自動化科學與工程匯刊上，研究人員展示了其他機器如何使用來自一臺打印機的數(shù)據(jù)來提高效率和質(zhì)量（文末尾提供論文鏈接）。

3D打印機技術加速興起
“云制造以及物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 是一項新興技術，”論文合著者、FAMU-FSU工程學院副教授王輝說。“該技術表明，多臺生產(chǎn)機器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以及時共享，可作為在線服務來滿足不同的市場需求。”。

根據(jù)Hubs平臺，2021年3D打印趨勢報告顯示，雖然全球制造業(yè)受到COVID-19的影響，但全球3D打印市場卻在2020年仍增長了21%。目前該新興技術正在加速研發(fā)金屬到生物材料在內(nèi)的所有東西。在這場新的商業(yè)競賽中，如何通過優(yōu)化流程以獲得競爭優(yōu)勢是人們研究的重要課題之一。

△王和魏使用互連的3D打印機證明遷移學習是實現(xiàn)“群體智能”的一種方式，通過這種方式，多協(xié)作可以超越單臺機器效率和質(zhì)量。圖片來自FAMU-FSU

王和他的學生正在努力開發(fā)新的學習算法和控制打印過程的方法。打印機噴嘴運動的微小差異會導致加工過程中的變化和成品結(jié)構(gòu)中的缺陷。他們的技術使用機器之間共享的數(shù)據(jù)來減少打印缺陷。

研究人員在云平臺上連接了不同的打印機，然后讓機器共享有關精確處理的數(shù)據(jù)，從而減少了準備和校準它們所需的時間。

該論文合著者魏說，他們還開發(fā)了一個數(shù)學模型來更好地理解打印過程。“我們可以預估幾何打印質(zhì)量和模型可能出現(xiàn)的相關缺陷，”他說。“這些信息可用于計算輸入打印參數(shù)所需的調(diào)整，以補償這些錯誤。”

遷移學習技術
傳統(tǒng)的機器學習需要大量的實驗數(shù)據(jù)，可能難以收集。制造中使用的打印機必須快速調(diào)整以應對新的打印任務。遷移學習技術允許不同的打印過程共享經(jīng)驗，從而加快該過程。該研究證明了使用來自互連3D打印機的共享數(shù)據(jù)來減少測試時間和改進成品的可行性。

“通過減少測試，我們可以更快地改進質(zhì)量控制，從而快速重新校準印刷流程以滿足多樣化的市場需求，”王說。“這特別適用于個性化產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，以獲得大批量商業(yè)化競爭優(yōu)勢。”

△通過打印機間遷移學習改進3D打印運動中產(chǎn)生的幾何變化

論文鏈接

這項調(diào)查得到了美國國家科學基金會兩項撥款和部分支持，總額超過130萬美元。其中一項涉NSF的科學與工程研究基礎設施計劃(RISE)和高性能材料研究所的本科生研究經(jīng)驗(REU)。該平臺的目標是建立一種學習算法，從而找到一種可行的方法來創(chuàng)建各種尺寸的高性能輕量化復合材料結(jié)構(gòu)。該基金會的另一項撥款用于支持柔性制造的研究，以滿足不同的市場需求。