Objetos feitos com impressão 3-D podem ser mais leves, mais forte, e mais complexos do que aqueles produzidos através de métodos de manufatura tradicionais. Mas vários desafios técnicos devem ser superados antes que a impressão 3-D transforme a produção da maioria dos dispositivos.

As impressoras disponíveis no mercado geralmente oferecem apenas alta velocidade, alta precisão, ou materiais de alta qualidade. Raramente eles oferecem todos os três, limitando sua utilidade como ferramenta de manufatura. Hoje, A impressão 3-D é usada principalmente para prototipagem e produção de baixo volume de peças especializadas.

Agora Inkbit, uma startup fora do MIT, está trabalhando para trazer todos os benefícios da impressão 3-D para uma série de produtos que nunca foram impressos antes - e tem como objetivo fazê-lo em volumes que interromperiam radicalmente os processos de produção em uma variedade de indústrias.

A empresa está conseguindo isso combinando sua impressora 3-D a jato de tinta multimaterial com sistemas de visão de máquina e aprendizado de máquina. O sistema de visão examina de forma abrangente cada camada do objeto conforme está sendo impresso para corrigir erros em tempo real, enquanto o sistema de aprendizado de máquina usa essas informações para prever o comportamento de empenamento dos materiais e fazer produtos finais mais precisos.

"A empresa nasceu da ideia de dotar uma impressora 3-D de olhos e cérebros, "diz o cofundador e CEO da Inkbit, Davide Marini, Ph.D. '03.

Essa ideia abre uma série de aplicativos para a máquina da Inkbit. A empresa diz que pode imprimir materiais mais flexíveis com muito mais precisão do que outras impressoras. Se um objeto, incluindo um chip de computador ou outro componente eletrônico, é colocado na área de impressão, a máquina pode imprimir com precisão os materiais ao seu redor. E quando um objeto está completo, a máquina mantém uma réplica digital que pode ser usada para garantia de qualidade.

A Inkbit ainda é uma empresa em estágio inicial. Atualmente, possui uma impressora de nível de produção operacional. Mas começará a vender produtos impressos ainda este ano, começando com um piloto com Johnson e Johnson, antes de vender suas impressoras no próximo ano. Se a Inkbit pode alavancar o interesse atual de empresas que vendem dispositivos médicos, produtos de consumo, e componentes automotivos, suas máquinas desempenharão um papel de liderança na produção em uma série de mercados de bilhões de dólares nos próximos anos, de alinhadores dentais a ferramentas industriais e máscaras para apnéia do sono.

"Todos sabem que as vantagens da impressão 3-D são enormes, "Marini diz." Mas a maioria das pessoas está tendo problemas para adotá-lo. A tecnologia ainda não está lá. Nossa máquina é a primeira que pode aprender as propriedades de um material e prever seu comportamento. Eu acredito que será transformador, porque permitirá que qualquer pessoa passe de uma ideia a um produto utilizável com extrema rapidez. Isso abre oportunidades de negócios para todos. "

Uma impressora com potencial

Alguns dos materiais mais difíceis de imprimir hoje também são os mais comumente usados ​​nos processos de fabricação atuais. Isso inclui materiais semelhantes à borracha, como silicone, e materiais de alta temperatura, como epóxi, que são frequentemente usados ​​para isolar eletrônicos e em uma variedade de consumidores, saúde, e produtos industriais.

Esses materiais são geralmente difíceis de imprimir, levando a uma distribuição irregular e a falhas no processo de impressão, como entupimento. Eles também tendem a encolher ou arredondar nas bordas com o tempo. Co-fundadores da Inkbit, Wojciech Matusik, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação, Javier Ramos BS '12 SM '14, Wenshou Wang, e Kiril Vidimče SM '14 vêm trabalhando nesses problemas há anos no Grupo de Fabricações Computacionais de Matusik no Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL).

Em 2015, os cofundadores estavam entre um grupo de pesquisadores que criou uma empresa de custo relativamente baixo, impressora 3-D precisa que pode imprimir um recorde de 10 materiais de uma vez, aproveitando a visão de máquina. O feito chamou a atenção de muitas grandes empresas interessadas em fazer a transição da produção para a impressão 3-D, e no ano seguinte, os quatro engenheiros receberam apoio do Deshpande Center para comercializar sua ideia de unir a visão de máquina à impressão 3-D.

No MIT, O grupo de pesquisa de Matusik usou um scanner 3D simples para rastrear o progresso de sua máquina. Para a primeira impressora da Inkbit, os fundadores queriam melhorar drasticamente "os olhos" de sua máquina. Eles decidiram usar um scanner de tomografia de coerência óptica (OCT), que usa longos comprimentos de onda de luz para ver através da superfície dos materiais e escanear camadas de materiais com uma resolução igual à fração da largura de um fio de cabelo humano.

Como os scanners de OCT são tradicionalmente usados ​​apenas por oftalmologistas para examinar abaixo da superfície dos olhos dos pacientes, os únicos disponíveis eram muito lentos para digitalizar cada camada de uma parte impressa em 3-D - então a equipe da Inkbit "mordeu a bala, "como Marini descreve, e construiu um scanner OCT personalizado que ele diz ser 100 vezes mais rápido do que qualquer outra coisa no mercado hoje.

Quando uma camada é impressa e digitalizada, os sistemas proprietários de visão de máquina e aprendizado de máquina corrigem automaticamente quaisquer erros em tempo real e compensam proativamente o comportamento de empenamento e encolhimento de um material instável. Esses processos expandem ainda mais a gama de materiais com os quais a empresa é capaz de imprimir, removendo os rolos e raspadores usados ​​por algumas outras impressoras para garantir a precisão, que tendem a obstruir quando usados ​​com materiais difíceis de imprimir.

O sistema é projetado para permitir aos usuários criar protótipos e fabricar novos objetos na mesma máquina. A impressora industrial atual da Inkbit tem 16 cabeças de impressão para criar peças multimateriais e um bloco de impressão grande o suficiente para produzir centenas de milhares de produtos do tamanho de um punho a cada ano (ou números menores de produtos maiores). O design do jato de tinta sem contato da máquina significa que o aumento do tamanho das iterações posteriores será tão simples quanto expandir o bloco de impressão.

"Antes, as pessoas podiam fazer protótipos com impressoras multimateriais, mas eles não podiam realmente fabricar as peças finais, "Matusik diz, observando que o pós-processamento das peças do Inkbit pode ser totalmente automatizado. "Isso é algo que não é possível usando nenhum outro método de fabricação."

Os novos recursos da máquina da Inkbit significam que alguns dos materiais com os quais os fundadores desejam imprimir não estão disponíveis, então, a empresa criou alguns de seus próprios produtos químicos para levar o desempenho de seus produtos ao limite. Um sistema proprietário para misturar dois materiais antes da impressão estará disponível nas impressoras que a Inkbit enviará no próximo ano. O sistema de mistura química de duas partes permitirá à empresa imprimir uma gama mais ampla de materiais de grau de engenharia.

Johnson e Johnson, um parceiro estratégico da Inkbit, está em processo de aquisição de uma das primeiras impressoras. O MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) também foi fundamental para expor a Inkbit a empresas líderes como a Amgen, Asics, BAE Systems, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, e outros.

Hoje, os fundadores passam muito tempo treinando equipes de design de produto que nunca foram capazes de imprimir seus produtos em 3D - muito menos incorporar componentes eletrônicos em peças impressas em 3D.

Pode demorar um pouco até que os designers e inventores tirem o máximo proveito das possibilidades desbloqueadas pela integração, impressão 3-D multimaterial. Mas para agora, Inkbit está trabalhando para garantir que, quando esse futuro vier, as pessoas mais imaginativas terão uma máquina para trabalhar.

"Algumas dessas coisas estão muito à frente de seu tempo, "Matusik diz." Acho que será realmente fascinante ver como as pessoas vão usá-lo para produtos finais. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.