Gli oggetti realizzati con la stampa 3D possono essere più leggeri, più forte, e più complesse di quelle prodotte con metodi di fabbricazione tradizionali. Ma è necessario superare diverse sfide tecniche prima che la stampa 3D trasformi la produzione della maggior parte dei dispositivi.

Le stampanti disponibili in commercio generalmente offrono solo alta velocità, alta precisione, o materiali di alta qualità. Raramente offrono tutti e tre, limitando la loro utilità come strumento di fabbricazione. Oggi, La stampa 3D viene utilizzata principalmente per la prototipazione e la produzione a basso volume di parti specializzate.

Ora Inkbit, una startup fuori dal MIT, sta lavorando per portare tutti i vantaggi della stampa 3D a una serie di prodotti che non sono mai stati stampati prima, e mira a farlo a volumi che interromperebbero radicalmente i processi di produzione in una varietà di settori.

L'azienda sta realizzando questo abbinando la sua stampante 3D a getto d'inchiostro multimateriale con sistemi di visione artificiale e apprendimento automatico. Il sistema di visione esegue la scansione completa di ogni strato dell'oggetto mentre viene stampato per correggere gli errori in tempo reale, mentre il sistema di apprendimento automatico utilizza tali informazioni per prevedere il comportamento di deformazione dei materiali e realizzare prodotti finali più accurati.

"L'azienda è nata dall'idea di dotare una stampante 3D di occhi e cervello, " afferma il co-fondatore e CEO di Inkbit Davide Marini Ph.D. '03.

Questa idea sblocca una gamma di applicazioni per la macchina di Inkbit. L'azienda afferma di poter stampare materiali più flessibili in modo molto più accurato rispetto ad altre stampanti. Se un oggetto, compreso un chip per computer o un altro componente elettronico, è posizionato sull'area di stampa, la macchina può stampare con precisione i materiali intorno ad essa. E quando un oggetto è completo, la macchina conserva una replica digitale che può essere utilizzata per l'assicurazione della qualità.

Inkbit è ancora una società in fase iniziale. Attualmente dispone di una stampante operativa di livello di produzione. Ma inizierà a vendere prodotti stampati entro la fine dell'anno, a partire da un pilota con Johnson e Johnson, prima di vendere le sue stampanti l'anno prossimo. Se Inkbit può sfruttare l'interesse attuale delle aziende che vendono dispositivi medici, prodotti di consumo, e componenti per autoveicoli, le sue macchine giocheranno un ruolo di primo piano nella produzione in una serie di mercati multimiliardari nei prossimi anni, dagli allineatori dentali agli strumenti industriali e alle maschere per l'apnea notturna.

"Tutti sanno che i vantaggi della stampa 3D sono enormi, Dice Marini. «Ma la maggior parte delle persone ha problemi ad adottarlo. La tecnologia semplicemente non c'è ancora. La nostra macchina è la prima in grado di apprendere le proprietà di un materiale e prevederne il comportamento. Credo che sarà trasformativo, perché permetterà a chiunque di passare da un'idea a un prodotto utilizzabile in tempi estremamente rapidi. Apre opportunità di business per tutti".

Una stampante con potenziale

Alcuni dei materiali più difficili da stampare oggi sono anche i più comunemente usati negli attuali processi di produzione. Ciò include materiali simili alla gomma come il silicone, e materiali ad alta temperatura come resina epossidica, che sono spesso utilizzati per isolare l'elettronica e in una varietà di consumatori, Salute, e prodotti industriali.

Questi materiali sono generalmente difficili da stampare, portando a una distribuzione non uniforme e a errori del processo di stampa come l'intasamento. Inoltre tendono a restringersi o arrotondarsi ai bordi nel tempo. I co-fondatori di Inkbit Wojciech Matusik, professore associato di ingegneria elettrica e informatica, Javier Ramos BS '12 SM '14, Wenshou Wang, e Kiril Vidimče SM '14 hanno lavorato su questi problemi per anni nel Computational Fabrications Group di Matusik all'interno del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).

Nel 2015, i co-fondatori facevano parte di un gruppo di ricercatori che ha creato un costo relativamente basso, stampante 3D precisa in grado di stampare un record di 10 materiali contemporaneamente sfruttando la visione artificiale. L'impresa ha attirato l'attenzione di molte grandi aziende interessate a trasferire la produzione alla stampa 3D, e l'anno successivo i quattro ingegneri hanno ricevuto il supporto del Deshpande Center per commercializzare la loro idea di unire la visione artificiale con la stampa 3D.

Al MIT, Il gruppo di ricerca di Matusik ha utilizzato un semplice scanner 3D per monitorare i progressi della sua macchina. Per la prima stampante di Inkbit, i fondatori volevano migliorare notevolmente "gli occhi" della loro macchina. Hanno deciso di utilizzare uno scanner per tomografia a coerenza ottica (OCT), che utilizza lunghe lunghezze d'onda della luce per vedere attraverso la superficie dei materiali e scansionare strati di materiale con una risoluzione pari alla frazione della larghezza di un capello umano.

Poiché gli scanner OCT sono tradizionalmente utilizzati dagli oftalmologi solo per esaminare sotto la superficie degli occhi dei pazienti, gli unici disponibili erano troppo lenti per scansionare ogni strato di una parte stampata in 3D, quindi il team di Inkbit "ha morso il proiettile, " come lo descrive Marini, e ha costruito uno scanner OCT personalizzato che dice è 100 volte più veloce di qualsiasi altra cosa oggi sul mercato.

Quando un livello viene stampato e scansionato, i sistemi di visione artificiale e di apprendimento automatico proprietari dell'azienda correggono automaticamente eventuali errori in tempo reale e compensano in modo proattivo il comportamento di deformazione e restringimento di un materiale volubile. Questi processi ampliano ulteriormente la gamma di materiali con cui l'azienda è in grado di stampare rimuovendo i rulli e i raschietti utilizzati da altre stampanti per garantire la precisione, che tendono a incepparsi se utilizzati con materiali difficili da stampare.

Il sistema è progettato per consentire agli utenti di prototipare e produrre nuovi oggetti sulla stessa macchina. L'attuale stampante industriale di Inkbit ha 16 testine di stampa per creare parti multimateriale e un blocco di stampa abbastanza grande da produrre centinaia di migliaia di prodotti delle dimensioni di un pugno ogni anno (o un numero inferiore di prodotti più grandi). Il design a getto d'inchiostro senza contatto della macchina significa che aumentare le dimensioni delle iterazioni successive sarà semplice come espandere il blocco di stampa.

"Prima, le persone potrebbero realizzare prototipi con stampanti multimateriale, ma non potevano davvero fabbricare parti finali, "Matusik dice, notando che la post-elaborazione delle parti di Inkbit può essere completamente automatizzata. "Questo è qualcosa che non è possibile utilizzando altri metodi di produzione".

Le nuove capacità della macchina di Inkbit significano che alcuni dei materiali con cui i fondatori vogliono stampare non sono disponibili, quindi l'azienda ha creato alcune delle proprie sostanze chimiche per spingere al limite le prestazioni dei propri prodotti. Un sistema proprietario per la miscelazione di due materiali appena prima della stampa sarà disponibile sulle stampanti fornite da Inkbit il prossimo anno. Il sistema di miscelazione chimica in due parti consentirà all'azienda di stampare una gamma più ampia di materiali di livello tecnico.

Johnson e Johnson, un partner strategico di Inkbit, sta per acquisire una delle prime stampanti. Anche il MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) è stato determinante nell'esporre Inkbit a società leader come Amgen, Asics, Sistemi BAE, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, e altri.

Oggi, i fondatori trascorrono molto del loro tempo a istruire i team di progettazione del prodotto che non sono mai stati in grado di stampare i loro prodotti in 3D prima d'ora, per non parlare di incorporare componenti elettronici in parti stampate in 3D.

Potrebbe volerci un po' di tempo prima che designer e inventori sfruttino appieno le possibilità sbloccate da soluzioni integrate, stampa 3D multimateriale. Ma per ora, Inkbit sta lavorando per garantire che, quando quel futuro verrà, le persone più fantasiose avranno una macchina con cui lavorare.

"Alcuni di questi sono così in anticipo sui tempi, " Dice Matusik. "Penso che sarà davvero affascinante vedere come le persone lo utilizzeranno per i prodotti finali".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.