【导读】青海羊曲大坝建筑项目将由核心AI操控无人工程车队，用3D打印技术建造。据《南华早报》和Insider杂志报道，据参与该项目的科学家称，中国正在利用人工智能实质上将青藏高原上的一个水坝项目变成世界上最大的3D打印机。 羊曲大坝将成全球最大3D打印出的建筑物黄河干流上游的青海羊曲水电站将采用3D打印的相同增材制造工艺，「逐片」建造。工程参与者是无人驾驶的挖掘机、卡车、推土机、摊铺机和压路机，全部由AI规划与控制。 如果工程能按期结束，羊曲水电站将在2024年建成。之后每年将通过1500公里的高压线，向黄河上游的河南逾亿居民输送近50亿千瓦时的电力。 如此，羊曲大坝将成为世界上用3D打印技术制造的最大规模建筑。之前保持此纪录的是迪拜市政府一栋两层办公楼，高9.5米，项目面积640平方米。 而羊曲大坝落成后将高达180米，是美国最大水坝胡佛水坝高度的三分之二有余。  AI操控无人工程车队，建造羊曲大坝该项目的首席科学家刘天云4月27日在《清华大学学报（自然科学版）》发布了相关研究论文——《大型填筑工程3D 打印技术与应用》，被多方报道时引用。 这篇论文中详细介绍了填筑工程中3D打印技术及AI和多种机器人的装备系统集成，论文中描述的此集成系统可以完全在无人干预下，由AI自行调度控制，逐层填筑，层层循环，直至完成整个填筑工程的3D打印建造。 按该论文称，工程建设行业中有一类建造工艺相对单一的填筑工程，如水利大坝、高速公路、填方机场等工程 ， 其建造过程与3D打印过程「天生」的相似。 二者都是从图纸中提取设计信息，然后按计算出的物料需求量开采物料、按环境参数拟定传输物料方案、到位后按方案层层摊铺填筑物料、最后按施工参数由机器进行收尾碾磨。 因此在多年开发测试后，3D打印技术已经成熟到足以胜任大型基础设施的填筑工程，可以大规模应用，并「将人类从繁重、重复和危险的工作中解放出来」。 在刘天云团队的设计下，羊曲水坝建筑工地实际上已经变成一台巨大的3D打印机，大量的无人驾驶工程车辆和设备，作为不同的打印机组件，在羊曲工程的核心AI规划下无缝地协同工作。 研究团队表示，深度/强化学习等AI技术的突破，意味着机器现在可以识别施工现场几乎所有的物体，在不断变化的环境中处理不确定性，并灵活地执行各种任务。 据论文所述，核心AI的数据来源基于土石坝的工程3D设计数字模型，然后在集成软件Wampserver平台下，利用Mysql建立数据库，使用PHP语言设计动态网页，建立一套基于Mysql＋PHP的动态网页数据库管理系统。 核心AI将3D数字模型「切片」为一系列工序，进行土石坝分期、分区、分层的3D打印过程规划。 完成这步后，核心AI会组织与调度相关的工序，优化施工方案。而且核心AI会生成施工地址地图的数据模型，并用算法规划出无人工程车辆的局部避障路径。 结合路网模型和搜索算法，AI就能得到施工场址中任意两点间的最优路线，从而为无人工程车队的导航与控制提供基础。 无人驾驶挖掘机将能够自主识别堆场中的物料，并将其装载到无人驾驶自卸运输卡车车队中。  负责物料运输的无人驾驶自卸卡车自动获取运送物料需求、物料配送位置坐标信息，自主进行运料上坝。 无人驾驶运输卡车运用GPS定位装置精准配送上坝。同时，无人驾驶运输卡车将实际运输的物料数据实时发送给核心AI，存入数据库。 依靠核心AI给出的优化路线，卡车将在规定的时点将足量的材料精准运送到正确的施工位置，由无人推土机和摊铺机一层层「打印」出大坝的坝体。 最后，无人驾驶碾压机将压紧坝体的各层夹层，坚实稳定其结构，并且通过传感器传输数据给核心AI。  核心AI使用这些数据，并结合施工场址安装的各种传感器得到的地面振动和其他环境数据，来判断坝体每一层的施工质量。 不过，羊曲大坝并非所有施工步骤都由AI与无人机械完成。刘天云团队表示，开山采石现在无人工程车辆还搞不定，从附近山区开采施工所用的石材、土方依然由工人来完成。无人建筑工程能避免各种人工失误刘云山在《南华早报》采访时称，对该系统的测试表明，核心AI和无人工程机械能比人类做得更好，可以避免很多施工时常见的人工错误。 比如在工地的嘈杂环境和强烈冲击振动干扰下，压路机操作员无法保持完全笔直的路径，而无人驾驶碾压机不会有此弊端。 还有运料卡车司机由于路线不熟练，经常将物料运输到错误的施工位置。全由AI驾驶和GPS导航的无人运料卡车也不会犯这个毛病。 而且工地万一真有事故，人员伤亡可是极大地被避免了。工人面临的高危风险剧降。 刘云山团队在接受《南华早报》采访时称，如果羊曲水坝的AI控制3D打印建设项目真能如期成功交付，这种施工方式将为其他大型建筑项目提供一个前所未有的可选择蓝图。 与此相类似的建筑技术，国外也有机构在探索。例如2022年1月，美国橡树林国家实验室申请了大型3D打印建筑系统的专利，喷头可以从半空中层层「打印」出大型建筑。 2022年3月，创业企业Diamond Age也筹资开发自己的全无人智能3D打印建筑系统。一旦开发完成，将可以由26个机械臂喷头在全无人干预前提下按蓝图盖好房屋。  说不定有读者看到这里，会长叹一声：以后被优化掉，上工地搬砖的路子都窄了。

 　　目前水下管道的损坏主要靠人力解决，尤其是在无底的海洋中。这种水下作业会面临很大的风险。机器人能完成这个看似不可能的任务吗？诺威根的水下机器人专家康斯伯格费罗泰克（Kongsberg Ferrotech）透露，该公司目前正在开发一种水下3D打印技术，用于修复海底管道。 　　康斯伯格费罗技术公司的首席执行官克里斯托弗卡尔森说：“先进的水下机器人以环保的方式为客户节省了大量的成本和时间，而且它们不会被排放到海里。”我们的解决方案在过去五年中一直在开发中，我们将在2021年第三季度开始向东南亚市场提供水下复合修复服务。‘ 　　通过我们的检查、维护和修理（imr） ——机器人技术，我们将车间带到损坏的地方，而不是将损坏的零件带到车间。‘ 　　康斯伯格钢铁技术公司的金属3D打印项目与Equinor、SINTEF、Gassco和挪威研究委员会合作开发水下维护、维修和检修（MRO）应用技术。通过这一计划，康斯伯格费罗技术公司旨在升级其现有的水下流线控制和维护（SFCR）机器人，使其能够对导航流线进行现场维护。目前，该公司的“鹦鹉螺”机器人可以潜入大海，建立真空并修复任何损坏的管道，然后返回大海而不会留下任何碎片。 　　然而，该公司表示，凭借其新的“潜艇调幅寿命延长”技术，升级后的鹦鹉螺号可以“显著延长几项海洋资产的使用寿命”。事实上，虽然该公司的最初目标是通过其3D打印过程修复受损的流线，但它也为其设备开发其他功能打开了大门，这在新的领域创造了机会。 　　“3D打印技术的快速发展正在创造新的机会和市场，”Equinor 3D打印主管布雷德勒姆（Brede L rum）解释道。将这一技术与康斯伯格费罗技术公司的机器人相结合，为潜艇维护和改造开辟了许多令人兴奋的新可能性。我们期待与我们的行业合作伙伴密切合作。Kongsberg Ferrotech的技术可能从2016年就开始开发了，但据报道现在已经通过了挪威特隆赫姆峡湾深水复合材料修复试验，该公司表示，预计最早可以在2022年进行第一次商业应用。 　　卡尔森总结说，与Equinor、Gassco和SINTEF的合作代表了在水下设备、水下运输系统和金属修复研究方面的世界级专业知识。这一发展水下3D打印以延长其使用寿命的独特机会是一项重要的技术飞跃。——不仅仅是为了康思博铁矿，更是为了整个行业。

  如果您已为CNC车床和加工中心投资了刀具路径仿真，验证和优化软件，那么您很可能还会碰到问题。这是因为能够精确模拟加工过程的功能可以防止崩溃，提高零件质量，增加机器正常运行时间，并为进行过程优化提供机会，而这种优化本来是不可能的。  但是，也许您最近在3D打印机或混合动力机床上进行了更大的投资，而现在却在想：我真的也需要模拟附加过程吗？毕竟，没有旋转的切割工具，没有高速的炮塔或金属飞散的碎片。此外，打印机附带的构建准备工具具有一些漂亮的图形，那么为什么还要麻烦另一个软件包呢？  这是一个问题，您可能已经知道了答案：这取决于您的3D打印机和您要打印的内容。如果您拥有其中一种相对便宜的“多士炉”打印机（可以放入CAD文件并且弹出大部分成品），那么编程选项就很少，而且无法更改工艺参数，您可以随意购买仿真软件。但是，对于其他所有方面（尤其是装有切割工具和打印头的混合机，必须和平共处），增材制造模拟与减法制造工具一样有价值。  减法和加法模拟软件都可以检测碰撞。两者都使程序员能够优化制造过程。两者都确定了成品零件及其预期设计之间的差异。两者都显示操作参数：激光功率、气体流量和添加剂的材料沉积速率，以及减料的进料和速度。当然，添加剂模拟不能识别某些特定于印刷的故障，例如层离层或粘附在重涂机刀片上的可能使工件翻倒的材料。尽管它确实显示了零件，但它也无助于零件定向或零件在构建室内的嵌套。但是它确实可以通过监视与零件几何形状相关的构建参数来提高质量和生产率，并提醒程序员注意诸如焦距不合适以及下垂或悬垂等潜在问题。  仿真软件还提供了在任何给定时间将构建表面放置在3D空间中的位置的想法，此功能对于混合动力尤为重要。对于加/减机器，程序员通常会停止打印过程足够长的时间以进行清理切割，实际上是在沉积更多层或加工周围特征之前将工件的顶表面“清零”。由于仿真软件可以有效地预测构建过程中将要发生的情况，因此在零件制造过程中的猜谜游戏较少。  混合动力机器经常发生的另一件事是所使用的编程软件不是为过程的印刷阶段设计的。一些数控编程人员会修改其代码，以求出相加的减法刀具路径。修改代码是可行的，但是比专门为3D打印设计的CAM软件包效果不佳。在某些情况下，操作员可能会被迫手动编辑机器程序的各个部分，从而导致无法预测的结果，并有时造成灾难性的后果。  还有后处理的问题。大多数CAM系统都提供了一种刀具路径仿真的形式—足够使行业中的某些人确信不再需要其他工具。后处理器可能会产生意外的机器运动或激活CAM模拟中不可见的机器功能。简而言之，CNC机器和控件有自己的规则来控制它们对NC程序命令的响应方式，它们完全独立于内部CAM系统例程，并且通常与内部CAM系统例程完全不同。  这也许是最重要的，这就是为什么独立的刀具路径仿真软件的拥护者对他们的投资如此强烈的原因，并且会告诉您唯一准确的仿真是读取与机床控件相同的代码的仿真。  最后，由于所有3D打印的金属零件和许多聚合物零件在打印后都被发送到了机械车间，因此仿真软件还简化了这些有时分散的部门之间的交接。CNC程序员知道会发生什么，并且可以更安全，更有效地执行完成如今昂贵的工件所需的二次加工操作，这要花费数小时甚至数天的时间进行生产。毫无疑问，印刷了什么，需要加工什么，应该使用哪种定位功能以及制成的零件是否符合客户的标准。因此，无论您是打印零件，切割零件还是两者的某种组合，仿真软件都将是您购买过的最便宜的保险单。（文章来源于贤集网）

  芬兰VTT技术研究中心领导着一个欧洲财团3DREMAG，该财团正在开发一种适用于三维打印永磁体的新材料，可用于电动和混合动力汽车发动机。从长远来看，我们的目标是开发一种全三维可打印的电动机，它将比现在的电动机轻约30%。  正在为此目的开发的新型永磁材料将促进更清洁的交通，并有助于减少交通对环境的影响。交通是全球第二大气候排放源，需要新的可持续解决方案。到2020年底，全球电动车数量将超过1000万辆。预计到2030年将达到1.25亿。超过90%的电动汽车电机是基于永磁体的，永磁体可以在小体积内提供高功率。与需要持续电流以维持磁性的电磁铁不同，永磁体不需要外部磁场。最强的永磁体是以钕、铁和硼（Nd-Fe-B）为基础的。  今天，全密度永磁体的生产仅限于简单形状。在3DREMAG项目下开发的Nd-Fe-B粉末将能够通过三维打印生产磁铁。三维打印可以用来优化磁铁的尺寸和提高资源效率。这一点很重要，因为钕是一种稀有的原料，可用性有限。  正在开发的粉末是第一个为三维打印定制的永磁材料，钕铁硼粉末可用于生产高密度金属和资源高效的永磁体，用于电动和混合动力汽车发动机、电动自行车和消费电子产品，以及风力发电机组。“从长远来看，我们的目标是建造一个完全三维可打印的电动机，比现在的电动机轻大约30%。实现这一目标需要多学科的合作和不同技术的结合，”VTT的研究科学家和项目经理Joni Reijonen说。  “这项研究计画的目标是实现复杂的，多层结构的三维可印刷永磁元件。它将使新的功能，如分割和直接集成，以提高电机的效率。西门子功能材料和制造工艺技术部门负责人卡斯滕·舒赫（Carsten Schuh）说：“这种解决方案可以显著提高稀缺材料的自觉利用率。（文章来源于贤集网）