ابداع محققان MIT و ETH؛

چاپگر سه‌بعدی که با دید خودمختار روبات‌های پیچیده می‌سازد

محققان موسسه فناوری ماساچوست یک بینایی کامپیوتری ابداع کرده‌اند که به چاپگرهای سه‌بعدی امکان می‌دهد بدون تماس با مواد قطعاتی پیچیده مانند روبات را بسازند.

کد خبر: ۵۳۹۵۱

تاریخ: ۲۶ آبان ۱۴۰۲ - ۲۳:۱۴

در تصویر چاپگر جوهرافشان سه‌بعدی با کارآیی بالا و چند ماده‌ای را می‌بینید که از دید کامپیوتری جدید برای کنترل سریع و خودکار مواد در زمان واقعی استفاده می‌کند. این تصویر چاپگری مبتنی بر دید بینایی دانشگاه MIT را نشان می‌دهد که در حال ساخت یک روبات لایه به لایه است. کره‌های سیاه رنگ نشان‌ دهنده موادی است که چاپگر از آنها بدون تماس استفاده می‌کند. این مواد توسط نور فرابنفش که به رنگ آبی نشان داده شده، خشک می‌شود. در بالای این چاپگر دوربین‌هایی قرار دارند که فرآیند را اسکن و براساس آن چاپ مواد را تنظیم می‌کنند.

مهندسان با سیستم‌های چاپ جوهرافشان سه‌بعدی امکان ساختارهای هیبریدی را دارند که به طور همزمان از اجزای نرم و سخت درست می‌شوند؛ مانند دستگیره‌های روباتیک که به اندازه کافی برای گرفتن اجسام سنگین قوی هستند، اما به اندازه‌ای نرم هستند که می‌توانند به صورت ایمن با انسان تعامل داشته باشند.

این سیستم‌های چاپ سه‌بعدی از چند ماده برای رسوب قطرات ریز رزین استفاده می‌کنند، سپس آنها را با کمک یک غلتک صاف می‌کنند و با نور فرابنفش می‌پزند. ولی مواد رزینی در فرآیند صاف شدن ممکن است له یا لکه‌دار شوند و این امر انواع مواد قابل استفاده این چاپگرها را محدود می‌کند.

دستاوردی از محققان موسسه فناوری ماساچوست و موسسه فناوری فدرال زوریخ

محققان MIT و موسسه فناوری فدرال زوریخ یا ETH در این راستا سیستم چاپ جوهرافشان سه‌بعدی جدیدی را ابداع کرده‌اند که به دلیل عملکرد خاصش با طیف وسیع‌تری از مواد کار می‌کند. این چاپگر مجهز به دید کامپیوتری برای اسکن خودکار سطح چاپ سه‌بعدی است و میزان رزین را در زمان واقعی تنظیم می‌کند تا در هیچ ناحیه‌ای مواد زیاد یا کم ریخته نشود.

این سیستم نیازی به قطعه مکانیکی برای صاف کردن رزین ندارد و بدون تماس با موادی که کار می‌کند، آنها را ذوب و در جای خود می‌نشاند. در نتیجه می‌تواند موادی را به کار ببرد که از آکریلات‌ها -که به طور سنتی در چاپ سه‌بعدی استفاده می‌شوند- کندتر ذوب می‌شوند. مواد شیمیایی که کندتر ذوب می‌شوند، می‌توانند عملکرد بهتری مانند خاصیت ارتجاعی، دوام یا طول عمر بیشتر نسبت به آکریلات‌ها داشته باشند.

سرعت و دقت در پرینت سه‌بعدی

سیستم چاپ سه‌بعدی جدید بدون توقف یا کند کردن فرآیند چاپ به تنظیمات خود ادامه می‌دهد و در نتیجه می‌تواند ۶۶۰ برابر سریع‌تر از یک سیستم چاپ جوهرافشان سه‌بعدی کار کند.

محققان از این چاپگر برای درست کردن دستگاه‌های پیچیده و حتی روباتیکی استفاده کردند که هم از مواد نرم و هم از مواد سخت تهیه می‌شوند. به طور مثال، آنها یک گیره روباتیک به شکل دست انسان چاپ کردند که توسط مجموعه‌ای از تاندون‌های تقویت‌شده و در عین حال منعطف کنترل می‌شود.

این دست روباتیک کاملا کاربردی دارای ۱۹ تاندون است که به طور مستقل فعال می‌شوند و می‌توانند انگشتان نرم با پدهای حسگر و استخوان‌های سخت را به حرکت درآورند.

محققان می‌گویند: سیستم بینایی ماشین ما به شکلی است که گویا مجموعه‌ای از چشم‌ها و مغز را به یک چاپگر می‌دهد، زیرا چاپگر می‌تواند آنچه را که چاپ می‌کند، ببیند و سپس مغز دستگاه آن را به آنچه باید چاپ شود، هدایت کند.

چاپ بدون تماس و همه کاره

محققان در ساخت چاپگر مبتنی بر دید خودکار خود به دنبال فرآیندی بودند که سیستم بدون تماس طیف موادی را که نیاز دارد، در جای خود بنشاند و دستگاه‌های پیچیده‌تری را بسازد.

آنها تکنیکی به نام «افشانه با دید کنترل شده» را توسعه دادند که از چهار دوربین با نرخ فریم بالا و دو لیزر استفاده می‌کند. این دوربین‌ها با سرعت بالا و به طور مداوم سطح چاپ را اسکن می‌کنند و این کار را در حالی انجام می‌دهند که هزاران قطره کوچک رزین در حال رسوب هستند.

سیستم بینایی کامپیوتری تصویر را به یک «نقشه عمق» با وضوح بالا تبدیل می‌کند. نقشه عمق یک تصویر یا کانال تصویری حاوی اطلاعات مربوط به فاصله سطوح اشیاء صحنه از دیدگاه است. سیستم نقشه عمق را با مدل CAD (طراحی به کمک کامپیوتر) قطعه در حال ساخت مقایسه می‌کند و مقدار رزین رسوب‌شده را تنظیم می‌کند تا جسم روی هدف با ساختار نهایی باقی بماند.

از آنجا که این چاپگر دارای ۱۶ هزار افشانک است، می‌تواند جزئیات دقیق دستگاه در حال ساخت را کنترل کند و از نظر هندسی تقریباً هر چیزی را که می‌خواهید از چندین ماده چاپ کند. به گفته محققان، تقریباً هیچ محدودیتی برای چاپ در این چاپگر وجود ندارد و آنچه دریافت می‌کنید واقعاً کاربردی و ماندگار است.

مواد برتر

محققان از این سیستم برای چاپ با مواد مبتنی بر «تیول« استفاده کردند. تیول یک ترکیب آلی گوگردداری است که اکثر آنها بوی قوی مشابه سیر یا تخم‌مرغ گندیده دارند. تیول‌ها به‌ عنوان ترکیبات بودار جهت کمک به تشخیص گاز طبیعی (که در حالت خالص بی‌بو هستند) به‌ کار گرفته می‌شوند که منجر به خفگی نشود. تیول نسبت به مواد آکریلیک سنتی که در چاپ سه‌بعدی معمولی استفاده می‌شود، کندتر ذوب می‌شود. با این حال، مواد مبتنی بر تیول خاصیت ارتجاعی بیشتری دارند و به راحتی آکریلات‌ها نمی‌شکنند. آنها همچنین در طیف وسیع‌تری از دماها پایدارترند و در مواجهه با نور خورشید به سرعت تخریب نمی‌شوند.

محققان از مواد مبتنی بر تیول و موم برای ساخت چندین دستگاه پیچیده استفاده کردند که در غیر این صورت ساخت آنها با سیستم‌های چاپ سه‌بعدی موجود تقریبا غیرممکن بود. آنها به غیر از دست روباتیک، یک روبات متحرک ۶ پا با این چاپگر درست کردند که می‌تواند اجسام را حس کند و آنها را بگیرد.

محققان موسسه فناوری ماساچوست و موسسه فناوری فدرال زوریخ اکنون به دنبال استفاده از این سیستم برای چاپ با هیدروژل هستند که در مهندسی بافت و همچنین ساخت مواد سیلیکونی، اپوکسی‌ها و انواع خاصی از پلیمرهای بادوام کاربرد دارد.

انتهای پیام/211111AQQWW