مایکل مولیچ-هو
من ۱۰ سال است که چاپ سه بعدی را پوشش داده ام و سردبیر ۳DPrint.com هستم.
طبق تحقیقات تولید افزودنی، صنعت چاپ سه بعدی در سال ۲۰۲۳ به ۱۴٫۷ میلیارد دلار رسید. مهمتر از آن، تخمین زده می شود که به لطف ابتکارات کلیدی جهانی، تا سال ۲۰۳۲ به نزدیک به ۵۸ میلیارد دلار برسد. با این حال، یک چالش مهم وجود دارد: این فناوری در حال حاضر ناکارآمد و پرهزینه است، به ویژه برای چاپ سه بعدی فلزی. خوشبختانه، ظهور یک فناوری مکمل، هوش مصنوعی (AI)، ممکن است همه چیز را تغییر دهد.

ابتکارات ایالات متحده و صحنه جهانی

ایالات متحده پتانسیل رشد را از طریق دستور اجرایی رئیس جمهور «ساخت آمریکا»، قانون کاهش تورم، قانون زیرساخت دو حزبی، AM Forward و قانون چیپس نشان می دهد. هدف این ابتکارات پایداری، انعطاف‌پذیری زنجیره تامین، و تقویت مجدد است – اهدافی که چاپ سه بعدی به طور منحصر به فردی برای دستیابی به آنها قرار دارد.

برای بیش از یک دهه، مشخص شده است که ساخت افزودنی (AM) می تواند قطعاتی را تولید کند که کارایی را در سیستم های مختلف از موتورهای جت گرفته تا راکتورهای هسته ای بهبود می بخشد. همه گیر COVID-19 نشان داد که چاپ سه بعدی می تواند به عنوان نوعی بیمه زنجیره تامین عمل کند. با تقویت مجدد تولید از طریق ابزارهای تولید دیجیتال، کشورها می توانند انعطاف پذیری زنجیره تامین را معرفی کنند و انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از حمل و نقل خارج از کشور را کاهش دهند.

تنها یک مشکل وجود دارد: پرینت سه بعدی خراب است. در وضعیت فعلی، آماده ترین نوع فناوری، لیزر پودری همجوشی بستر (LPBF) برای قطعات فلزی، بیهوده، گران و بیش از حد پیچیده است. چاپ موفقیت‌آمیز یک قطعه بر روی یک دستگاه LPBF به معنای انجام تکرارهای متعدد از یک طرح معین برای جبران محیط پیچیده چاپ است، جایی که ترک‌ها و اعوجاج‌ها نه تنها ممکن است باعث از کار افتادن یک کار شوند، بلکه در واقع دستگاه را بشکنند.

هر بخش از فرآیند مذکور از نظر پول، انرژی و منابع طبیعی گران است. اصلاح یک قطعه برای LPBF معمولاً متکی به نرم‌افزار شبیه‌سازی پرهزینه، تخصص پرهزینه چندین کارمند و استهلاک پرهزینه یک چاپگر سه بعدی فلزی میلیون دلاری است که ممکن است چیزی را چاپ نکند. مهمتر از منظر زیست محیطی، ساخت یک قطعه ۱۰ بار یا بیشتر، اتلاف برق و پودرهای فلزی گران قیمت است که از طریق فرآیند تولید معمولاً آلاینده به دست می آید.

هوش مصنوعی برای نجات

خوشبختانه برای دنیای پرینت سه بعدی و خود دنیا، هوش مصنوعی ممکن است پاسخگو باشد.

چندین استارت آپ به دنبال بهبود AM از طریق استفاده از هوش مصنوعی بوده اند. به عنوان مثال، Printpal.io از هوش مصنوعی برای ثبت عیوب در فرآیند چاپ سه بعدی استفاده می کند، در حالی که AnsysANSS + 0.2% دارای نرم افزاری است که به طور خودکار اعوجاج قسمت ها را پیش بینی می کند. با این حال، تنها یک شرکت وجود دارد که از هوش مصنوعی استفاده کرده است تا خود فرآیند چاپ را عملی کند.

با پشتوانه ۳ میلیون دلاری، ۱۰۰۰ کلوین توسط کارمندان سابق زیمنس تأسیس شد که متوجه شدند هیچ کس به اندازه کافی به مشکل رسیدگی نمی کند. به نوبه خود، استارت آپ برلین-لس آنجلس نرم افزار AMAIZE مبتنی بر هوش مصنوعی خود را برای دستیابی به اولین بار چاپ سه بعدی درست توسعه داد. کاربران به سادگی یک مدل سه بعدی را در ابر AMAIZE آپلود می کنند که این قسمت را تجزیه و تحلیل می کند. این ابزار که بر روی میلیون‌ها نقطه داده با کیفیت بالا آموزش داده شده است – از جمله فیزیک شبیه‌سازی شده و اندازه‌گیری‌های واقعی تولید شده با تراشه‌های Nvidia – مناطقی از ساخت را شناسایی می‌کند که ممکن است در حین چاپ با مشکلاتی مواجه شوند. سپس به طور خودکار این خطاها را اصلاح می کند، نه با تغییر خود فایل طراحی، بلکه با تغییر دستورالعمل های چاپگر. به این ترتیب، AMAIZE یک کمک خلبان هوش مصنوعی برای AM است.

نیازی به تغییر مدل سه بعدی اصلی بر اساس شبیه سازی های کامپیوتری فشرده نیست. AMAIZE فقط فایلی را بیرون می‌آورد که به چاپگر می‌گوید قدرت لیزر خود را در اینجا تنظیم کند، تکنیک اسکن خود را در آنجا تنظیم کند، و، voila، کاربر قسمت مورد نظر خود را دارد. در مورد یک ارائه‌دهنده پرتاب موشک که از AMAIZE استفاده می‌کند، این فناوری توانست تعداد ساختارهای پشتیبانی یک جزء حیاتی را تا ۸۰ درصد کاهش دهد که منجر به صرفه‌جویی بیش از ۳۰ درصدی در هزینه‌های هر قطعه شد.

پرینت سه بعدی فلزی، تولید دیجیتال

عمر فرگانی، مدیر عامل شرکت ۱۰۰۰ کلوین، گفت: «ما وارد عصر بی‌سابقه‌ای از تولید می‌شویم، نه تنها از نظر فناوری، بلکه به این دلیل که کشورهای سراسر جهان، از ایالات متحده تا چین، به طور فعال زنجیره‌های تأمین خود را جهانی‌زدایی می‌کنند». پرینت سه بعدی یک عامل کلیدی این روند است، اما برای انجام این کار، باید به درستی و کارآمد عمل کند. در ۱۰۰۰ کلوین، ما در تلاش هستیم که دقیقاً به آن برسیم.

بهترین بخش این است که ابزار اکنون کار می کند. این رویای دور از دسترس نیست که در نهایت محقق شود. اگر هر تولید کننده و کاربر ماشین LPBF آن را بپذیرد، می تواند از امروز به طور موثر از چاپ سه بعدی فلزی استفاده کند. پس جای تعجب نیست که برخی از تولیدکنندگان پرینتر سه بعدی AMAIZE را در دستگاه های خود ادغام کرده اند، از جمله EOSEOS -0.9٪، شرکتی که بیشترین سهم بازار را برای LPBF فلزی دارد. در همین حال، محبوب ترین توسعه دهنده CAD جهان، AutodeskADSK 0.0٪، AMAIZE را به عنوان یک ابزار افزودنی در Fusion نیز گنجانده است. علاوه بر این، از آنجایی که این ابزار بر بزرگترین مانع پرینت سه بعدی فلزی غلبه می‌کند، به شرکت‌هایی که مردد هستند اجازه می‌دهد در AM غواصی کنند تا بتوانند بدون ترس این کار را انجام دهند.

به عبارت دیگر، صنعت AM فلزی ۱۴٫۷ میلیارد دلاری اساساً می‌تواند فورا قفل شود، به این معنی که تمام مزایایی که وعده داده است – پایداری، انعطاف‌پذیری زنجیره تامین، تقویت مجدد – تقریباً بلافاصله می‌تواند محقق شود. به این ترتیب، هوش مصنوعی می‌تواند یکی از اجزای کلیدی گمشده‌ای باشد که باعث می‌شود کل تولید دیجیتال واقعاً کار کند.