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?！霸摷夹g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構中的缺陷。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?！斑@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?！斑@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構。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。