3D打印領(lǐng)域中人工智能的應(yīng)用研究

車瑋

摘 要：3D打印技術(shù)領(lǐng)域中，人工智能的應(yīng)用將會(huì)引發(fā)3D打印領(lǐng)域出現(xiàn)新變革。據(jù)此，文章以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)3D打印技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究，分析人工智能在3D打印領(lǐng)域應(yīng)用中的困境，指明人工智能在3D打印領(lǐng)域應(yīng)用中的應(yīng)用成效，以期能夠提供相應(yīng)的理論參考。

關(guān)鍵詞：人工智能;3D打印;產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

0 引言

在人工智能技術(shù)的支持下，3D打印技術(shù)將可以實(shí)現(xiàn)“一鍵”式生產(chǎn)，有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。所以，隨著人工智能技術(shù)的持續(xù)應(yīng)用，3D打印領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)新變更，并促使3D打印實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。而對(duì)3D打印領(lǐng)域中人工智能的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，也將有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1? ? 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)又稱為快速成型技術(shù)、增材制造技術(shù)。3D打印技術(shù)的基本原理就是通過(guò)設(shè)計(jì)或者掃描等方式將已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的3D模型分成為若干個(gè)二維平面，然后將拆分后的二維平面根據(jù)3D模型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行逐層打印加工，通過(guò)成型設(shè)備將材料進(jìn)行層層堆積構(gòu)成設(shè)計(jì)中的3D立體模型，完成制造的全過(guò)程。簡(jiǎn)而言之，3D打印技術(shù)與普通的打印機(jī)存在著較多相似之處，其實(shí)質(zhì)就是將原本的3D立體模型拆分成為多個(gè)二維平面，然后按照普通打印機(jī)的方式進(jìn)行層層打印，最終按照設(shè)計(jì)構(gòu)建成為相應(yīng)的實(shí)體模型。與傳統(tǒng)制造技術(shù)所采用的減材制造工藝相比，3D打印技術(shù)采用增材制造工藝，不僅在技術(shù)工藝方面存在著諸多差異，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)3D打印技術(shù)對(duì)材料的利用效率更高，可以有效節(jié)約資源，更符合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，所以在當(dāng)今制造領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

2? ? 3D打印技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)已經(jīng)逐步朝著產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。3D打印技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)制造業(yè)中存在的個(gè)性化、復(fù)雜化制造問(wèn)題，所以自3D打印技術(shù)出現(xiàn)起便廣受社會(huì)關(guān)注。以機(jī)械制造行業(yè)為例，隨著智能制造的持續(xù)推進(jìn)，如今各種3D打印技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中得到普及應(yīng)用，其不僅解決了傳統(tǒng)機(jī)械制造成型困難的問(wèn)題，而且還能夠推動(dòng)機(jī)械制造實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)—制造”一體化，促使機(jī)械制造產(chǎn)品更加精準(zhǔn)，有效滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，同時(shí)也能夠大幅度縮短機(jī)械制造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，為企業(yè)產(chǎn)品資金回籠提供更為有效的支持，保障企業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久健康的發(fā)展。此外，相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)采用一體化制造，所以產(chǎn)品內(nèi)部的連接點(diǎn)更少，可以有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量及穩(wěn)定性，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命[1]。

在未來(lái)需要進(jìn)一步提高3D打印技術(shù)的智能化水平，促使3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化水平，如此才能夠推動(dòng)3D打印技術(shù)朝著產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。而人工智能技術(shù)作為當(dāng)今智能制造領(lǐng)域中常用的技術(shù)手段，在應(yīng)用到3D打印領(lǐng)域以后將有效提高3D打印技術(shù)的智能化水平，進(jìn)而為3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供重要支持。

3? ? 人工智能在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用困境

3.1? 缺乏人工智能基礎(chǔ)

人工智能技術(shù)和3D打印技術(shù)作為兩種新興科學(xué)技術(shù)，雖然很多研究者都認(rèn)為將人工智能技術(shù)運(yùn)用到3D打印領(lǐng)域可以有效地推動(dòng)3D打印技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，但受人員、基礎(chǔ)等方面的影響，如今兩種技術(shù)實(shí)際結(jié)合更多的還是停留在理論層面，對(duì)具體應(yīng)用研究則相對(duì)較少[3]，這也就導(dǎo)致現(xiàn)有的3D打印設(shè)備大多在控制方面存在著諸多不足，以至于不僅生產(chǎn)過(guò)程對(duì)操控者的綜合素質(zhì)有著較高的要求，而且實(shí)際生產(chǎn)效率相對(duì)較低，最終多方面因素導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)成本增加，不利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久健康發(fā)展，進(jìn)而削減了企業(yè)相關(guān)技術(shù)研發(fā)的積極性。事實(shí)上，想要發(fā)展3D打印技術(shù)，那么將人工智能技術(shù)運(yùn)用到3D打印領(lǐng)域便是不可回避的一個(gè)問(wèn)題，需要企業(yè)與科研院所、各大高校合作，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破及創(chuàng)新，最終帶動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

3.2? 缺乏技術(shù)創(chuàng)新

現(xiàn)如今，由于技術(shù)環(huán)境、人才資源以及資金等因素的限制，3D打印技術(shù)及其配套技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展速度相對(duì)緩慢，不僅導(dǎo)致3D打印技術(shù)的具體應(yīng)用成效受到嚴(yán)重限制，也促使3D打印技術(shù)與其他技術(shù)之間的融合發(fā)展受到相應(yīng)的阻礙。以人工智能技術(shù)和3D打印技術(shù)融合為例，雖然兩種技術(shù)均已經(jīng)逐步走向成熟，可以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)揮出一定的應(yīng)用成效，但由于兩種技術(shù)均是獨(dú)立研發(fā)的，所以兩種技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)性相對(duì)較弱，必須要結(jié)合兩種技術(shù)的實(shí)際情況進(jìn)行合理的融合、優(yōu)化及完善，才能夠保障融合后的3D打印技術(shù)兼具兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[4]。

此外，如今學(xué)術(shù)界雖然對(duì)人工智能在3D打印領(lǐng)域中應(yīng)用開(kāi)展了相應(yīng)的研究，但實(shí)際取得的研究成果卻相對(duì)較少，此種情況一方面阻礙了人工智能技術(shù)在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，另一方面也導(dǎo)致相關(guān)技術(shù)設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化及故障診斷工作難以有效開(kāi)展。由此可以發(fā)現(xiàn)，如今人工智能在3D打印領(lǐng)域中應(yīng)用的阻礙主要根源在于相關(guān)理論成果相對(duì)較少，沒(méi)有充足的理論作為指導(dǎo)，人工智能在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用也沒(méi)有明確的指導(dǎo)方向，相關(guān)技術(shù)研發(fā)、設(shè)計(jì)優(yōu)化以及故障診斷的發(fā)展均會(huì)受到嚴(yán)重阻礙。因此，想要推動(dòng)3D打印技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，首要內(nèi)容就是加大相關(guān)技術(shù)的研發(fā)投入，推動(dòng)技術(shù)理念發(fā)展。

3.3? 缺乏高素質(zhì)創(chuàng)新人才

21世紀(jì)不僅是信息的時(shí)代，也同樣是人才的時(shí)代，各行各業(yè)的發(fā)展均需要有著充足的高素質(zhì)人才作為支持。3D打印和人工智能作為兩種新興技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的依賴性更強(qiáng)，所以想要推動(dòng)人工智能在3D打印領(lǐng)域中應(yīng)用，就必須要有著充足的高素質(zhì)創(chuàng)新人才作為基礎(chǔ)保障。然而結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，由于3D打印領(lǐng)域和人工智能發(fā)展起步時(shí)間相對(duì)較晚，相關(guān)高素質(zhì)人才極為缺乏，而兼具兩大領(lǐng)域能力的綜合性人才更是少之又少[5]，此種情況嚴(yán)重制約著人工智能在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)程。

4? ? 人工智能在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用成效

4.1? 簡(jiǎn)化操作流程

在人工智能技術(shù)的支持下，3D打印技術(shù)將會(huì)擺脫過(guò)去人為操作的傳統(tǒng)控制模式，將原本的復(fù)雜化操作流程大部分或者完全交給人工智能系統(tǒng)進(jìn)行處理和控制。例如在打印三維圖形零件時(shí)，用戶可以在計(jì)算機(jī)中直接選取需要打印的三維圖形零件，在人工智能系統(tǒng)的控制下，3D打印技術(shù)將會(huì)自動(dòng)根據(jù)三維圖形零件的尺寸、形狀等參考內(nèi)容，將三維圖形零件合理地?cái)[放在虛擬工作臺(tái)的相應(yīng)位置。之后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)確認(rèn)、校準(zhǔn)三維圖形零件的擺放位置，確定擺放無(wú)誤后，系統(tǒng)將虛擬化三維圖形零件完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、設(shè)備診斷的流程，最終開(kāi)始實(shí)際3D打印、產(chǎn)品清理等作業(yè)。

4.2? 強(qiáng)化學(xué)習(xí)能力和容錯(cuò)能力

人工智能技術(shù)具備從經(jīng)驗(yàn)中汲取知識(shí)的能力，促使其可以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不斷提高相關(guān)技術(shù)水平。因此，當(dāng)人工智能技術(shù)應(yīng)用到3D打印領(lǐng)域以后，相關(guān)學(xué)習(xí)能力將會(huì)促使3D打印技術(shù)持續(xù)自我優(yōu)化和完善，進(jìn)而提高應(yīng)用效果。不過(guò)想要達(dá)成此效果，則需要具有恰當(dāng)?shù)墓ぷ髯鳛檩o助，從而對(duì)應(yīng)用中所產(chǎn)生的同構(gòu)、異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行抽取和集成，最終將結(jié)果根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，再將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，構(gòu)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，之后數(shù)據(jù)集將會(huì)對(duì)所有樣本進(jìn)行分類處理，促使其構(gòu)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。在具體應(yīng)用過(guò)程中，數(shù)據(jù)模型會(huì)同待處理數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配對(duì)比分析，進(jìn)而根據(jù)對(duì)比結(jié)果實(shí)現(xiàn)智能化處理。以3D砂模打印機(jī)為例，此技術(shù)可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在零件堆積過(guò)程中有效讀取各層次圖像的噴繪情況數(shù)據(jù)，然后將獲取的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對(duì)比分析，確定各層對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的重合度以及噴繪尺寸偏差，進(jìn)而人工智能系統(tǒng)再控制運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和噴繪系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，提高噴繪質(zhì)量。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在3D打印領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能技術(shù)將有效提高3D打印技術(shù)的智能化水平，不僅可以有效推動(dòng)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，還能夠?yàn)橹悄苤圃祛I(lǐng)域帶來(lái)新的技術(shù)革新。不過(guò)結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，如今3D打印領(lǐng)域中人工智能的應(yīng)用還面臨著缺乏人工智能基礎(chǔ)、缺乏技術(shù)創(chuàng)新、缺乏高素質(zhì)創(chuàng)新人才等現(xiàn)狀，對(duì)于這些問(wèn)題，一方面國(guó)家需要引導(dǎo)企業(yè)和高校、科研院所達(dá)成深入合作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，另一方面企業(yè)也需要提高對(duì)3D打印技術(shù)的研發(fā)重視，加大相關(guān)資金投入，為企業(yè)未來(lái)的先行發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 王雪芬）