3D打印中的智能控制与人工智能技术

供稿人：池欣芸、田小永 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室　

随着3D打印的日渐普及，其几乎应用于现代科学技术的所有领域：从建筑和设计，到生物医学和航空航天。增材制造设计的复杂性与众多因素相互依存，为进一步优化精度及提高效率，打印过程的控制等值得探索思考。彼尔姆国立科研理工大学自动化系的研究人员提出可通过引入视觉反馈来实现工艺过程控制，如图1所示，Haar特征的引入使得打印系统能更好地预防喷头与打印件碰撞，从而有效提高打印成功率[1]。

图1.应用于3D打印系统中的计算机模式识别 (Haar特征) [1]

与此同时，增材制造技术与机器人以及人工智能领域的结合也获得了广泛关注。随着科技发展，现有机器人辅助制造的核心是灵活性、适应性和效率。3D打印是机器人辅助制造的关键工具，该技术使得制造业不在受材料以及固定形状的限制，从而生产出更加具备个人定制元素的产品。美国密歇根大学机器人所认为将辅助机器人系统与3D打印相结合，未来的工程师将不再需要从一块固定的材料开始，而可以组合材料来创造特定的功能。密歇根大学初创的公司S3D Precision正在推广一项智能制造的打印技术，该技术可以在5毫米至50纳米的分辨率范围内，在多种类型的表面上打印传感器、驱动器和电子器件，从而实现多材料的智能打印[2]。除此之外，密歇根大学的机器人所研究人员将人类视为智能制造业的永久组成部分，因而有关未来世界人与机器在智能制造系统中如何协作的思考至关重要；如图2所示，他们提出机电一体化3D打印制造系统与迭代学习控制结合，并提出数据分析与机器学习将极大地助力智能制造系统做出更好、更快的决策[3]。

图2.密歇根大学机电一体化3D打印制造系统的设计示意图[3]

人工智能对于增材制造发展的重要性不言而喻, 如何打开增材制造构建人工智能的正确方法现阶段还无法给出一个确切的答案——汽车、服装和医疗设备等日常生活中任意一个产品都可能成为上述两种技术协作完成的下一个产出；科研之创新是人类探索的赞歌，以包容之心态，主动求索之精神，我们拭目以待。

参考文献：
N. G. Makagonov, E. M. Blinova and I. I. Bezukladnikov, "Development of visual inspection systems for 3D printing," 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2017, pp. 1463-1465, doi: 10.1109/EIConRus.2017.7910849. https://ieeexplore.ieee.org/document/7910849
https://robotics.umich.edu/resea ... facturing-robotics/
https://brg.engin.umich.edu/research/additive-manufacturing/