Umelá inteligencia v 3D tlači

Aditívna výroba (AM) a umelá inteligencia sú v súčasnosti dve najzaujímavejšie technologické oblasti. 3D tlač spôsobila revolúciu vo výrobe a dizajne, pretože umožňuje jednoduché vytváranie zložitých objektov. Medzitým nástroje AI, ako napríklad ChatGPT, MidJourney, Stable Difusion a Resemble, ukázali svoj potenciál zmeniť mediálne prostredie.

Potenciál inovácií je však pri spojení 3D tlače a umelej inteligencie neobmedzený. Využitím umelej inteligencie môžu konštruktéri AM optimalizovať svoje výtvory tak, aby boli pevnejšie a efektívnejšie. Umelá inteligencia môže dokonca sprístupniť túto technológiu väčším masám tým, že zníži level zručností pri vytváraní podkladov na jednoduché zaškrtávacie políčka. 3D tlač a umelá inteligencia môžu spoločne poháňať novú generáciu výroby.

Kontrola kvality

V leteckom a kozmickom priemysle môžu mať aj malé chyby v komponentoch katastrofálne následky. Odpoveďou sú 3D tlačiarne s umelou inteligenciou, ktoré dokážu odhaliť chyby a opraviť ich skôr, ako sa vyskytnú. Napríklad softvérové platformy ako Additive Works alebo 1000 Kelvin založené na umelej inteligencii simulujú proces 3D tlače a identifikujú potenciálne problémy dlho pred stlačením tlačidla tlače.

Jacob Wilson, regionálny manažér spoločnosti Bcn3d.com, sa domnieva, že „monitorovanie počas tlače má obrovský potenciál pre integráciu AI. Už teraz vidíme, že veci ako ‚Spaghetti Detection‘ (využívajúce počítačové videnie a ML na detekciu chýb tlače) sa stávajú čoraz populárnejšími medzi hoby tlačiarňami technológie FFF (Fused Filament Fabrication). Myslím si, že čoskoro uvidíme na trhu integrácie AI, ktoré budú predvídať a predchádzať zlyhaniam pri tlačových úlohách na špičkových priemyselných tlačiarňach kovov alebo polymérov, kde môže byť zlyhanie tlače veľmi nákladné.“

Algoritmy AI dokážu efektívne analyzovať 3D model a priebežne ho porovnávať s prebiehajúcim tlačovým procesom. Technológia môže tiež pozorne monitorovať základné parametre, ako je teplota, tlak a rýchlosť, aby sa zabezpečilo, že zostanú v optimálnom rozsahu. V prípade akýchkoľvek chýb alebo odchýlok možno systém AI naprogramovať tak, aby za chodu vykonal rýchle úpravy a problém okamžite vyriešil.

Ricardo Alcântara zo spoločnosti VulcanoLabs.com súhlasí s Wilsonom: „Už teraz môžeme vidieť niektoré implementácie zamerané na zaručenie úspešnej tlače, ako je napríklad ‚Spaghetti Detection‘ a skenovanie prvej vrstvy LIDARom na tlačiarni od firmy Bambu Lab.

Generatívny dizajn

Vďaka širokej dostupnosti 3D tlačiarní a distribuovaných výrobných platforiem, ako sú rôzne fablaby, sa výrobné možnosti zdemokratizovali. Navrhovanie takýchto objektov si však stále vyžaduje praktické znalosti softvéru CAD aj softvéru na slicing (vytváranie kódu pre 3D tlačiareň – výrobných podkladov). Vlastná zložitosť takýchto programov núti väčšinu nadšencov tlačiť vopred pripravené návrhy dostupné na stránkach, ako je Thingiverse, namiesto toho, aby ich navrhovali od začiatku.

V súčasnosti sa využíva generatívny dizajn na tvrobu hlavne rôznych štruktúr a častí dizajnu. Takéto nástroje sú súčasťou väčšiny lepších návrhárskych CAD softvérov. Nedokážu však sami navrhovať komplexné veci. Vedúci redaktor CNET James Bricknell sa však domnieva, že umelá inteligencia by mohla čoskoro odstrániť túto prekážku vstupu a umožniť aj tým, ktorí nemajú žiadne technické znalosti, navrhovať svoje vlastné 3D projekty s ľahkosťou.

„Veľkým zlepšením AI bude generovanie 3D modelov pomocou vecí, ako je ChatGPT. Myslím si, že v najbližších rokoch uvidíme programy, ktoré umožnia navrhovať zložité geometrie len pomocou hlasu. To umožní mnohým ľuďom väčšiu slobodu pri vyjadrovaní svojej kreativity,“ vysvetľuje Bricknell a zároveň obhajuje transformačný potenciál nástrojov AI založených na NLP, ako je ChatGPT.

Medicína

Potenciál 3D tlače v odvetviach, ako je zdravotníctvo, už prináša ovocie, pretože sa vyrábajú protézy na mieru, lekárske implantáty a iné výrobky v rôznych lekárskych odboroch. Integrácia umelej inteligencie do procesu 3D tlače má však potenciál posunúť veci na ešte vyššiu úroveň.

Nástroje na 3D tlač s umelou inteligenciou môžu napríklad využívať lekárske údaje, ako sú CT snímky a snímky magnetickej rezonancie, na generovanie personalizovaných návrhov bez toho, aby si vyžadovali veľký zásah človeka. V súčasnosti navrhovanie personalizovaných 3D modelov pre pacientov zahŕňa použitie vysokokvalitných snímkov. Tieto informácie sa potom odovzdajú technikovy, ktorý využíva špecializovaný softvér. Nakoniec sa digitálny model rozreže na tenké rezy, ktoré sa vytlačia vrstvu po vrstve. Pomocou umelej inteligencie možno niektoré z týchto úloh automatizovať. To môže výrazne znížiť náklady a drahocenný čas pre jednotlivcov, ktorí potrebujú urgentné implantáty alebo protézy.

Umelá inteligencia pomôže lekárom zohrávať aktívnejšiu úlohu pri vývoji protéz a implantátov. Tak ako pri generatívnom dizajne špecializované nástroje umelej inteligencie môžu znížiť zložitosť procesu navrhovania, čo uľahčí lekárom a ďalším zdravotníckym pracovníkom, aby sa viac zapojili do tohto procesu. Umelá inteligencia tak poskytne zdravotníckym pracovníkom lepšiu kontrolu nad komplikovanými, náročnými procesmi spracovania dát a navrhovania.

Optimalizáciá, zefektívnenie 3D tlače

Dosiahnutie efektívnosti a kvality tlače si vyžaduje dôkladné vyladenie rôznych parametrov, ako je výška vrstvy, hustota výplne, plánovanie dráhy a podporné štruktúry. Skvelé výsledky môžu dosiahnuť kvalifikovaní technici, ktorí rozumejú nuansám 3D tlače. V budúcnosti aj tých najskúsenejších technikov prekonajú špecializované nástroje umelej inteligencie.

Sme celkom dobrí v hľadaní vzorov, ale neurónová sieť vycvičená na iteráciu bežných postupov v 3D tlači smerom k určitému cieľu, návrhu alebo ich sérii, by mohla viesť k novým úplne iným prístupom a technikám tlače. Mohlo by ísť napríklad o skúmanie nových kombinácií výrobných metód alebo napríklad len vytvornie nepredpokladanej kombinácie parametrov, ktoré môžu priniesť veľmi efektívny výsledok. Ľudia sú veľmi dobrí v rozpoznávaní vzorov, ale v porovnaní s rýchlosťou počítača sme pomalí.

Nejde však len o nahradenie ľudských technikov. Vďaka automatizácii opakujúcich sa a nudných úloh môže umelá inteligencia uvoľniť miesta konštruktérom a inžinierom, aby sa mohli sústrediť na dôležitejšie veci, ako je kreativita a inovácie.