3D打印 把人工智能夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

目前，全球正在興起新一輪數(shù)字化、智能化制造浪潮，“3D打印”作為其中的一個(gè)標(biāo)志性概念，在最近幾年正獲得越來(lái)越廣泛的關(guān)注。作為快速成形技術(shù)的一種，3D打印以經(jīng)過(guò)智能化處理后的3D數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印、迭加成形的方式來(lái)增量構(gòu)造物體。3D智能數(shù)字化與3D打印就像一對(duì)孿生兄弟，相輔相成、密不可分。

3D智能數(shù)字化軟件是3D打印的核心，其利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成數(shù)字化的3D圖紙模型。正所謂“巧婦難為無(wú)米之炊”，缺少數(shù)字化文件支持的3D打印機(jī)將會(huì)變得毫無(wú)用處。3D數(shù)字化目前有兩大類的方法。第一大類是使用3D設(shè)計(jì)軟件，由設(shè)計(jì)師從無(wú)到有地設(shè)計(jì)數(shù)字化產(chǎn)品。當(dāng)然，并非人人都有能力自己設(shè)計(jì)3D形狀，因此第二大類的3D數(shù)字化就是3D掃描（俗稱3D照相），基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、光機(jī)電一體化控制等技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的3D物體進(jìn)行掃描采集，以獲得逼真的數(shù)字化重建。

在獲得初步的數(shù)字化模型之后，往往還需要進(jìn)行個(gè)性化編輯定制，才會(huì)最終輸出到3D打印機(jī)。這種追求高附加值的個(gè)性化定制，之前都是以較大的手工工作量為代價(jià)的，尤其是當(dāng)需要“大批量定制”時(shí)。因此，為提高效率，3D智能數(shù)字化技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵的作用。比如，需要為一萬(wàn)名用戶定制個(gè)性化的眼鏡、服裝、帽子、鞋子，如果使用人工逐一為每位用戶進(jìn)行手工測(cè)量和手工設(shè)計(jì)，工作量和成本都將變得不可接受。而應(yīng)用智能數(shù)字化技術(shù)，如采用視覺(jué)計(jì)算方法，利用攝像頭自動(dòng)采集、分析提取每位用戶的體貌個(gè)性特征，并自動(dòng)根據(jù)視覺(jué)美感進(jìn)行形狀設(shè)計(jì)、顏色膚色搭配等，可極大地縮減定制周期。

之后的一切都交給3D打印機(jī)，其無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，就可加工任意復(fù)雜的中空形狀，解決了許多過(guò)去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成形問(wèn)題。目前，3D打印機(jī)已經(jīng)能夠使用各式各樣的新材料（如液體、粉末、塑料絲、金屬、沙子、紙張、甚至巧克力、人體干細(xì)胞等），通過(guò)噴墨沉積、熔融沉積成形、激光燒結(jié)、立體光刻等工藝將三維數(shù)字模型變成實(shí)物，從玩具、工具，到廚房用品、建筑、時(shí)尚衣服應(yīng)有盡有，甚至還可直接打印具備觸感的人造耳朵、人體骨骼、人造假牙、鮮肉，以及槍支、跑車、無(wú)人飛機(jī)等。以通過(guò)“智能云網(wǎng)”模式定制一雙鞋子為例，普通用戶只需在手機(jī)上下載一個(gè)App應(yīng)用，給自己的雙腳拍幾張照片，并指定喜歡的款式和顏色。然后，位于云端的智能計(jì)算服務(wù)將根據(jù)重建出的3D腳形把鞋子設(shè)計(jì)出來(lái)，并在云制造集群中搜索到鄰近的打印地點(diǎn)，以便快速送貨上門。

目前的3D 打印技術(shù)，在很多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域已取得了突破，如對(duì)金屬熔敷成形技術(shù)的研究，解決了鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工大型復(fù)雜整體關(guān)鍵構(gòu)件激光成形工藝問(wèn)題。但仍有不少?gòu)?fù)雜工藝問(wèn)題需要解決，如多種材料的混合制造問(wèn)題。只有實(shí)現(xiàn)了混合材料打印，多元結(jié)構(gòu)的部件才能一次制造出來(lái)，以避免傳統(tǒng)的首先制造單個(gè)（不同材料）零件再組裝在一起的弊端。當(dāng)前，3D 打印技術(shù)的攻關(guān)難點(diǎn)主要集中在設(shè)備和功能材料的制備、智能控制問(wèn)題的解決、激光器/噴嘴等核心元部件的研制等方面。

通過(guò)智能感知設(shè)備，3D打印機(jī)還可控制制造的行為，對(duì)打印的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量和強(qiáng)度，然后根據(jù)反饋信息隨時(shí)做出調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。也就是說(shuō)，這臺(tái)3D打印機(jī)具有學(xué)習(xí)和控制的能力。可以想象的是，會(huì)有專為糖尿病患者推出的食品打印機(jī)，通過(guò)微型皮膚植入物監(jiān)測(cè)病人的血糖，依據(jù)每日不同的身體狀況為其量身打印食物。在將來(lái)，通過(guò)把人工智能從計(jì)算機(jī)拓展到現(xiàn)實(shí)世界，還可打印具備感知和學(xué)習(xí)能力的智能物品，達(dá)到“機(jī)器制造機(jī)器”的新境界。