看3D打印如何結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更智能的制造？

關(guān)于3D打印在技術(shù)和應(yīng)用層面上發(fā)生的變化，3D打印與機(jī)器人成為生產(chǎn)線的一部分，與其它相關(guān)技術(shù)與裝備協(xié)調(diào)配合，從而不斷地制造不同的產(chǎn)品：包括塑料產(chǎn)品、金屬零件以及復(fù)合材料產(chǎn)品。如今，這一切正在發(fā)生，機(jī)器與機(jī)器之間的連通，不同的技術(shù)相互結(jié)合，不僅創(chuàng)造了新的產(chǎn)品外形， 還創(chuàng)造了新的材料組合。

智能制造的基礎(chǔ)是一個(gè)自動(dòng)協(xié)作過(guò)程–人類和機(jī)器一起工作。據(jù)市場(chǎng)觀察，在一項(xiàng)名為“使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)交互界面”的新研究中，一些研究人員使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為智能制造設(shè)計(jì)交互界面。

在分布式數(shù)字控制（DNC）系統(tǒng)中，每臺(tái)設(shè)備，不管是銑床還是3D打印機(jī)，都連接到機(jī)器的控制單元（MCU），MCU通過(guò)發(fā)送程序來(lái)控制這些設(shè)備，這些程序是機(jī)器要執(zhí)行的一組指令的組合。MCU又稱單片微型計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)，我們?cè)谥T如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見(jiàn)到MCU的身影。

據(jù)了解，研究人員為了使工廠智能化，普遍的方法是讓機(jī)器操作員直接在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)車間級(jí)的零件編程任務(wù)，這被稱為手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI），當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)車間級(jí)編程需要對(duì)操作員在零件編程方面的進(jìn)行一定的基礎(chǔ)培訓(xùn)。然而，當(dāng)前的趨勢(shì)卻在“跳過(guò)”人工編程這個(gè)方向發(fā)展，操作員只需要手動(dòng)將零件幾何數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)命令輸入MCU就可以了，這樣MDI只處理簡(jiǎn)單的操作和零件。這就迫切需要合適的人機(jī)交互工具（HMI），以支持SmartMFG環(huán)境中的交互化和定制化。

當(dāng)然，很多人包括研究人員最關(guān)心的問(wèn)題可能是HMI系統(tǒng)應(yīng)該是什么樣的，以便個(gè)人可以訪問(wèn)，并通過(guò)交互的方式實(shí)現(xiàn)智能制造？這時(shí)候，以AR為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的界面的重要性就顯現(xiàn)出來(lái)了，而以AR為基礎(chǔ)的界面設(shè)計(jì)直接與MCU通訊，從而增加MDI系統(tǒng)中多方面交互并提高指令的復(fù)雜性。

在這一設(shè)想的基礎(chǔ)上，據(jù)了解，研究人員開發(fā)了一種樣機(jī)系統(tǒng)，其中包括AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)平板設(shè)備和作為設(shè)備端的Ultimaker 3D打印機(jī)。

基于由Google Tango AR工具包提供支持的華碩Zenfone智能手機(jī)，研究人員開發(fā)的軟件系統(tǒng)利用物理對(duì)象的深度圖像，允許用戶虛擬地與構(gòu)建平臺(tái)進(jìn)行交互。并且，系統(tǒng)還支持二次建模，用戶可以在現(xiàn)有對(duì)象上繪制2D曲線，并通過(guò)簡(jiǎn)單的交互將2D曲線轉(zhuǎn)換為3D形狀。設(shè)計(jì)完成后，軟件系統(tǒng)會(huì)將它們轉(zhuǎn)換為一組控制和指導(dǎo)制造端設(shè)備的指令。使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將指令直接發(fā)送到3D打印機(jī)，這樣一個(gè)全新的產(chǎn)品就被制造出來(lái)了。

Zenphone設(shè)備通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和Ultimaker 3 3D打印機(jī)建立通訊。物理坐標(biāo)系和AR環(huán)境的坐標(biāo)系通過(guò)QR代碼來(lái)校對(duì)。研究人員還做了一個(gè)基于AR的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，允許用戶在現(xiàn)有物體上設(shè)計(jì)形狀。Zenphone設(shè)備獲取3D的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后允許用戶繪制和編輯2D曲線并將這些曲線投影到現(xiàn)有平面上。

除了推動(dòng)設(shè)備與控制系統(tǒng)的溝通，這個(gè)系統(tǒng)的另一個(gè)亮點(diǎn)在于建模過(guò)程的交互性，這使得用戶可以進(jìn)行二次建模，不管原來(lái)的模型是通過(guò)掃描完成的還是通過(guò)其他的建模軟件由設(shè)計(jì)人員完成的，用戶能夠在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)新對(duì)象，而且用戶僅僅需要完成2D設(shè)計(jì)，軟件將其轉(zhuǎn)換為3D模型，然后將其傳送到3D打印機(jī)上，這對(duì)傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是難以實(shí)現(xiàn)的。

來(lái)源：3D科學(xué)谷