เซนเซอร์และ AI ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ การพิมพ์สามมิติได้อย่างไร?

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

ประเทศเยอรมันี — นักวิทยาศาสตร์จาก Hanover และ Aachen ได้พัฒนาแอพติดตามการพิมพ์สามมิติในการผลิตแบบเติมวัสดุอัตโนมัติ เพื่อการนี้ นักวิจัยจะติดตั้งเทคโนโลยีเซนเซอร์บนเครื่องพิมพ์สามมิติอุตสาหกรรมเพื่อสังเกตการณ์การพิมพ์ได้แบบไร้รอยต่อ

3d printing
รูปพิมพ์ฟันสามมิติ: ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์สามารถที่จะปรับเข้ากับร่างกายผู้ป่วยรายบุคคล เพราะการผลิตแบบเติมวัสดุและสามารถผลิตอย่างมีประสิทธิผลด้านต้นทุน (ที่มา: Ulbricht Dental-Technik)

การพิมพ์สามมิติสามารถทำให้สามารถผลิตชุดการผลิตละ 1 ชิ้น หมายถึงไม่มีผลิตภัณฑ์ใดที่เหมือนกันเพราะแต่ละชิ้นส่วนถูกออกแบบเฉพาะสำหรับลูกค้า สิ่งนี้น่าสนใจสำหรับภาคส่วนเทคโนโลยีการแพทย์ พิมพ์ฟันที่ผลิตด้วยวิธีเติมวัสดุ เครื่องช่วยฟังและแม้แต่วัสดุที่ฝังในร่างกาย สามารถที่จะปรับเข้ากับร่างกายผู้ป่วยรายบุคคลโดยสมบูรณ์แบบและยังผลิตอย่างมีประสิทธิผลด้านต้นทุน อย่างไรก็ตามความท้าทายหนึ่งสำหรับบริษัทต่าง ๆ คือ การรับประกันคุณภาพ อุปกรณ์ทางการแพทย์ส่วนบุคคลอยู่ภายใต้ข้อกำหนดความปลอดภัยที่เข้มงวด ผู้ผลิตต้องสามารถรับประกันได้ว่าไม่มีรอยแตกร้าวที่มองไม่เห็นหรือรูเล็ก ๆ ในส่วนประกอบ และบรรลุถึงข้อกำหนดทางเรขาคณิตและคุณสมบัติวัสดุที่ต้องการ นักวิทยาศาสตร์จาก Hanover และ Aachen กำลังทำงานโซลูชันเพื่อสนับสนุนบริษัทขนาดเล็กและกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการอนุมัติอุปกรณ์ทางการแพทย์เฉพาะผู้ป่วยจากเครื่องพิมพ์สามมิติ: พวกเขาต้องการพัฒนาแอพที่สามารถช่วยในการประกันคุณภาพ

การผลิตยิ่งมีความเฉพาะตัวเท่าไร การประกันคุณภาพยิ่งยากเท่านั้น ในกรณีของสินค้าที่ผลิตเป็นชุดใหญ่ การทดสอบคุณภาพด้วยวิธีการสุ่มสองสามตัวอย่างเพื่อที่จะสรุปชุดการผลิตทั้งหมด มักจะเพียงพอ สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้สำหรับผลิตภัณฑ์ชิ้นเดียว ที่นี่ ส่วนประกอบทั้งหมดต้องได้รับการทดสอบในรายละเอียดเพื่อทำให้แน่ใจในคุณภาพ

การตรวจจับข้อบกพร่องที่เป็นไปได้สำหรับผลิตภัณฑ์การพิมพ์สามมิติเฉพาะคนไข้ระหว่างการผลิตเป็นเป้าหมายของโครงการวิจัยใหม่ที่ดำเนินการร่วมกันโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH และห้องปฏิบัติการสำหรับเครื่องมือกลและวิศวกรรมการผลิต (WZL) ของมหาวิทยาลัย RWTH Aachen

นักวิจัยต้องการที่จะติดตั้งเทคโนโลยีเซนเซอร์บนเครื่องพิมพ์สามมิติอุตสาหกรรมเพื่อสังเกตการณ์การพิมพ์ได้แบบไร้รอยต่อ ข้อมูลเซนเซอร์จะถูกประเมินในแอพโดยใช้ปัญญาประดิษฐ์ผ่านโมเดลคุณภาพเพื่อที่จะตรวจจับข้อผิดพลาดทางการผลิตต่าง ๆ ได้อย่างเชื่อถือได้ นักวิทยาศาสตร์ที่ IPH และ WZL กำลังเน้นเทคโนโลยีการแพทย์เป็นหลัก เพราะในอุตสาหกรรมนี้ ระดับความเฉพาะบุคคลของงผลิตภัณฑ์และข้อกำหนดคุณภาพที่เกี่ยวข้องสูงเป็นพิเศษ และการพิสูจน์ระบบประกันคุณภาพต้องถูกจัดให้เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการอนุมัติ ในโครงการวิจัย IPH รับผิดชอบสำหรับเทคโนโลยีเซนเซอร์และการเก็บข้อมูล ในขณะที่ WZL รับผิดชอบสำหรับการสร้างโมเดลคุณภาพและการเขียนโปรแกรมแอพ

คุณภาพการพิมพ์สามมิติได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย : ชนิดของวัสดุที่ใช้ อุณหภูมิล้อมรอบ อุณหภูมิที่เส้นถูกหลอมละลาย ความเร็วในการพิมพ์ การสั่นของหัวพิมพ์และอีกสักสองสามพารามิเตอร์อื่น “กระบวนการผลิตแบบเติมวัสดุมีความอ่อนไหวมากกับอิทธิพลภายนอก” Anne Rathje วิศวกรโครงการจาก IPH กล่าว “เป้าหมายของเราคือเพิ่มความปลอดภัยมากขึ้นในกระบวนการและหลีกเลี่ยงความผิดพลาด” ไม่น่าไว้ใจเป็นพิเศษคือ ข้อผิดพลาดหลายอย่างไม่สามารถมองเห็นได้จากภายนอกอีกต่อไปเมื่อส่วนประกอบพิมพ์เสร็จ “ตัวอย่างเช่นหากหัวพิมพ์ตันเป็นเวลาสั้นๆ ในระหว่างกระบวนการจากนั้นพิมพ์เป็นปกติ คุณจะไม่เห็นมันในภายหลัง” Rathje กล่าว

สำหรับโครงการวิจัย IPH กำลังใช้เครื่องพิมพ์อุตสาหกรรม X500PRO จากบริษัทเยอรมัน Reprap วัสดุพิมพ์ที่ใช้คือ อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน (ABS) ซึ่งเปรียบเทียบแล้วมีความแข็งแกร่งสูงแต่อ่อนไหวมากกับอุณหภูมิ



นักวิทยาศาสตร์ต้องการใช้เซนเซอร์หลายตัวเพื่อเฝ้าสังเกตการณ์คุณภาพการพิมพ์ ตัวเลือกที่พอเป็นไปได้รวมถึงเซนเซอร์ที่วัดอุณหภูมิของแผ่นสร้างหรือห้องสร้าง เซนเซอร์อินฟราเรดที่สามารถใช้เพื่อกำหนดอุณหภูมิโดยตรงที่หัวพิมพ์ เซนเซอร์วัดความสั่นสะเทือนและเทคโนโลยีการวัดด้วยแสง ซึ่ง IPH ได้สำรวจแล้วในโครงการวิจัย Quali3D

สัญญาณเสียง — เรียกง่าย ๆ  คือ การบันทึกเสียง— มีประโยชน์เช่นกันสำหรับการสังเกตการณ์คุณภาพ ตัวอย่างที่สิ่งเหล่านี้สามารถใช้ได้คือ ทำการระบุหากหัวพิมพ์ตันหรือหากเส้นหลุดรอดเข้ามาในระบบ “คุณสามารถที่จะได้ยินมันได้” Anne Rathje กล่าว “อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ท้าทายคือ การประมวลผลสัญญาในวิถีทางที่เสียงรบกวนล้อมรอบถูกกรองออกไป” — ตัวอย่างเช่น เสียงหึ่งของมอเตอร์ในเครื่องพิมพ์สามมิติ  เสียงรบกวนของคอมพิวเตอร์หรือประตูกระแทก เพื่อแยกแยะเสียงที่สำคัญออกจากเสียงที่ไม่สำคัญ นักวิจัยต้องการใช้ Machine Learning รูปแบบหนึ่งของปัญญาประดิษฐ์ โดยการฝึกโปรแกรมด้วยเสียงบันทึกมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ โปรแกรมเรียนรู้ที่จะตรวจจับข้อผิดพลาดจากสัญญาณเสียงได้ดีขึ้น ๆ

ที่สุดแล้ว เป้าหมายคือการพัฒนาแอพที่สามารถประเมินข้อมูลเซนเซอร์ทั้งหมดโดยอัตโนมัติ “เป้าหมายของเราคือการลดความพยายามที่เกี่ยวข้องในการประกันคุณภาพของการพิมพ์สามมิติและยังสามารถที่จะทำให้คนทั่วไปสามารถที่จะสังเกตการณ์การพิมพ์ผ่านแอพที่ใช้งานง่าย” Anna-Lena Knott จาก WZL กล่าว ผู้ใช้งานไม่ต้องแปลผลข้อมูลเซนเซอร์ — แอพเฝ้าสังเกตการณ์กระบวนการพิมพ์ทั้งหมด บันทึกข้อผิดพลาดและให้ฟีดแบคในคุณภาพการพิมพ์ ในกรณีของความผิดพลาดที่ร้ายแรงที่สามารถทำให้ส่วนประกอบไม่สามารถใช้งานได้ แอพจะหยุดกระบวนการผลิตและแจ้งผู้ใช้ การตั้งค่าการพิมพ์สามารถที่จะปรับได้และทำการเรียกบุคลากรผู้เชี่ยวชาญเข้ามาหากจำเป็น

อ้างอิง : https://www.etmm-online.com