3D打印領域中人工智能的應用研究

車瑋

摘 要：3D打印技術領域中，人工智能的應用將會引發3D打印領域出現新變革。據此，文章以3D打印技術為基礎，對3D打印技術的應用現狀進行研究，分析人工智能在3D打印領域應用中的困境，指明人工智能在3D打印領域應用中的應用成效，以期能夠提供相應的理論參考。

關鍵詞：人工智能;3D打印;產業化應用

0 引言

在人工智能技術的支持下，3D打印技術將可以實現“一鍵”式生產，有效提高企業生產效率的同時，降低企業運營成本，提高經濟效益。所以，隨著人工智能技術的持續應用，3D打印領域將會出現新變更，并促使3D打印實現規模化、產業化發展。而對3D打印領域中人工智能的應用進行研究分析，也將有著一定的現實意義。

1? ? 3D打印技術

3D打印技術又稱為快速成型技術、增材制造技術。3D打印技術的基本原理就是通過設計或者掃描等方式將已經設計完成的3D模型分成為若干個二維平面，然后將拆分后的二維平面根據3D模型的數據信息進行逐層打印加工，通過成型設備將材料進行層層堆積構成設計中的3D立體模型，完成制造的全過程。簡而言之，3D打印技術與普通的打印機存在著較多相似之處，其實質就是將原本的3D立體模型拆分成為多個二維平面，然后按照普通打印機的方式進行層層打印，最終按照設計構建成為相應的實體模型。與傳統制造技術所采用的減材制造工藝相比，3D打印技術采用增材制造工藝，不僅在技術工藝方面存在著諸多差異，而且相對來說3D打印技術對材料的利用效率更高，可以有效節約資源，更符合可持續發展的目標，所以在當今制造領域中得到了較為廣泛的應用。

2? ? 3D打印技術的應用現狀

3D打印技術已經逐步朝著產業化和規模化發展。3D打印技術可以有效解決傳統制造業中存在的個性化、復雜化制造問題，所以自3D打印技術出現起便廣受社會關注。以機械制造行業為例，隨著智能制造的持續推進，如今各種3D打印技術在機械制造領域中得到普及應用，其不僅解決了傳統機械制造成型困難的問題，而且還能夠推動機械制造實現“設計—制造”一體化，促使機械制造產品更加精準，有效滿足設計目標要求，同時也能夠大幅度縮短機械制造產品的設計生產周期，為企業產品資金回籠提供更為有效的支持，保障企業實現長久健康的發展。此外，相對于傳統機械制造技術來說，3D打印技術采用一體化制造，所以產品內部的連接點更少，可以有效提高產品的質量及穩定性，延長產品使用壽命[1]。

在未來需要進一步提高3D打印技術的智能化水平，促使3D打印技術實現全自動化水平，如此才能夠推動3D打印技術朝著產業化和規模化發展。而人工智能技術作為當今智能制造領域中常用的技術手段，在應用到3D打印領域以后將有效提高3D打印技術的智能化水平，進而為3D打印技術的進一步發展提供重要支持。

3? ? 人工智能在3D打印領域中的應用困境

3.1? 缺乏人工智能基礎

人工智能技術和3D打印技術作為兩種新興科學技術，雖然很多研究者都認為將人工智能技術運用到3D打印領域可以有效地推動3D打印技術的發展及應用，但受人員、基礎等方面的影響，如今兩種技術實際結合更多的還是停留在理論層面，對具體應用研究則相對較少[3]，這也就導致現有的3D打印設備大多在控制方面存在著諸多不足，以至于不僅生產過程對操控者的綜合素質有著較高的要求，而且實際生產效率相對較低，最終多方面因素導致實際生產成本增加，不利于企業實現長久健康發展，進而削減了企業相關技術研發的積極性。事實上，想要發展3D打印技術，那么將人工智能技術運用到3D打印領域便是不可回避的一個問題，需要企業與科研院所、各大高校合作，最終實現技術突破及創新，最終帶動企業實現快速發展。

3.2? 缺乏技術創新

現如今，由于技術環境、人才資源以及資金等因素的限制，3D打印技術及其配套技術的創新發展速度相對緩慢，不僅導致3D打印技術的具體應用成效受到嚴重限制，也促使3D打印技術與其他技術之間的融合發展受到相應的阻礙。以人工智能技術和3D打印技術融合為例，雖然兩種技術均已經逐步走向成熟，可以在實際應用過程中發揮出一定的應用成效，但由于兩種技術均是獨立研發的，所以兩種技術之間的關聯性相對較弱，必須要結合兩種技術的實際情況進行合理的融合、優化及完善，才能夠保障融合后的3D打印技術兼具兩種技術的優勢[4]。

此外，如今學術界雖然對人工智能在3D打印領域中應用開展了相應的研究，但實際取得的研究成果卻相對較少，此種情況一方面阻礙了人工智能技術在3D打印領域的應用及發展，另一方面也導致相關技術設備的設計優化及故障診斷工作難以有效開展。由此可以發現，如今人工智能在3D打印領域中應用的阻礙主要根源在于相關理論成果相對較少，沒有充足的理論作為指導，人工智能在3D打印領域中的應用也沒有明確的指導方向，相關技術研發、設計優化以及故障診斷的發展均會受到嚴重阻礙。因此，想要推動3D打印技術創新發展，首要內容就是加大相關技術的研發投入，推動技術理念發展。

3.3? 缺乏高素質創新人才

21世紀不僅是信息的時代，也同樣是人才的時代，各行各業的發展均需要有著充足的高素質人才作為支持。3D打印和人工智能作為兩種新興技術領域，其技術對高素質創新人才的依賴性更強，所以想要推動人工智能在3D打印領域中應用，就必須要有著充足的高素質創新人才作為基礎保障。然而結合實際情況來看，由于3D打印領域和人工智能發展起步時間相對較晚，相關高素質人才極為缺乏，而兼具兩大領域能力的綜合性人才更是少之又少[5]，此種情況嚴重制約著人工智能在3D打印領域中的應用進程。

4? ? 人工智能在3D打印領域中的應用成效

4.1? 簡化操作流程

在人工智能技術的支持下，3D打印技術將會擺脫過去人為操作的傳統控制模式，將原本的復雜化操作流程大部分或者完全交給人工智能系統進行處理和控制。例如在打印三維圖形零件時，用戶可以在計算機中直接選取需要打印的三維圖形零件，在人工智能系統的控制下，3D打印技術將會自動根據三維圖形零件的尺寸、形狀等參考內容，將三維圖形零件合理地擺放在虛擬工作臺的相應位置。之后系統會自動確認、校準三維圖形零件的擺放位置，確定擺放無誤后，系統將虛擬化三維圖形零件完成數據轉化、設備診斷的流程，最終開始實際3D打印、產品清理等作業。

4.2? 強化學習能力和容錯能力

人工智能技術具備從經驗中汲取知識的能力，促使其可以在實際應用過程中不斷提高相關技術水平。因此，當人工智能技術應用到3D打印領域以后，相關學習能力將會促使3D打印技術持續自我優化和完善，進而提高應用效果。不過想要達成此效果，則需要具有恰當的工作作為輔助，從而對應用中所產生的同構、異構數據源進行抽取和集成，最終將結果根據一定的規則進行統一存儲，再將數據進行分析、處理，構成相應的數據集，之后數據集將會對所有樣本進行分類處理，促使其構成相應的數據模型。在具體應用過程中，數據模型會同待處理數據進行匹配對比分析，進而根據對比結果實現智能化處理。以3D砂模打印機為例，此技術可以通過機器視覺技術在零件堆積過程中有效讀取各層次圖像的噴繪情況數據，然后將獲取的數據與現有數據模型進行對比分析，確定各層對應像素點的重合度以及噴繪尺寸偏差，進而人工智能系統再控制運動控制系統和噴繪系統進行實時調整，提高噴繪質量。

5? ? 結語

綜上所述，在3D打印領域中應用人工智能技術將有效提高3D打印技術的智能化水平，不僅可以有效推動3D打印技術實現快速發展，還能夠為智能制造領域帶來新的技術革新。不過結合實際情況來看，如今3D打印領域中人工智能的應用還面臨著缺乏人工智能基礎、缺乏技術創新、缺乏高素質創新人才等現狀，對于這些問題，一方面國家需要引導企業和高校、科研院所達成深入合作，實現產學研結合，推動相關技術發展，培養高素質創新人才，另一方面企業也需要提高對3D打印技術的研發重視，加大相關資金投入，為企業未來的先行發展打下良好基礎。

[參考文獻]

[1]王建宏.人工智能與制造業深度融合已成業界共識—CIMTem2019/em展后報道[J].金屬加工（冷加工），2019（6）：16-17.

[2]唐洋，陳海鋒，劉志強，等.3D打印技術產業化現狀及發展趨勢分析[J].自動化儀表，2018（5）：15-20.

[3]趙邦，謝書凱，周福寬.智能制造領域研究現狀及未來趨勢分析[J].現代制造技術與裝備，2018（2）：180-181.

[4]張坤，劉子恒.3D打印在人工智能的發展和應用[J].信息記錄材料，2020（2）：85-86.

（編輯 王雪芬）