3D打印领域中人工智能的应用研究

车玮

摘 要：3D打印技术领域中，人工智能的应用将会引发3D打印领域出现新变革。据此，文章以3D打印技术为基础，对3D打印技术的应用现状进行研究，分析人工智能在3D打印领域应用中的困境，指明人工智能在3D打印领域应用中的应用成效，以期能够提供相应的理论参考。

关键词：人工智能;3D打印;产业化应用

0 引言

在人工智能技术的支持下，3D打印技术将可以实现“一键”式生产，有效提高企业生产效率的同时，降低企业运营成本，提高经济效益。所以，随着人工智能技术的持续应用，3D打印领域将会出现新变更，并促使3D打印实现规模化、产业化发展。而对3D打印领域中人工智能的应用进行研究分析，也将有着一定的现实意义。

1    3D打印技术

3D打印技术又称为快速成型技术、增材制造技术。3D打印技术的基本原理就是通过设计或者扫描等方式将已经设计完成的3D模型分成为若干个二维平面，然后将拆分后的二维平面根据3D模型的数据信息进行逐层打印加工，通过成型设备将材料进行层层堆积构成设计中的3D立体模型，完成制造的全过程。简而言之，3D打印技术与普通的打印机存在着较多相似之处，其实质就是将原本的3D立体模型拆分成为多个二维平面，然后按照普通打印机的方式进行层层打印，最终按照设计构建成为相应的实体模型。与传统制造技术所采用的减材制造工艺相比，3D打印技术采用增材制造工艺，不仅在技术工艺方面存在着诸多差异，而且相对来说3D打印技术对材料的利用效率更高，可以有效节约资源，更符合可持续发展的目标，所以在当今制造领域中得到了较为广泛的应用。

2    3D打印技术的应用现状

3D打印技术已经逐步朝着产业化和规模化发展。3D打印技术可以有效解决传统制造业中存在的个性化、复杂化制造问题，所以自3D打印技术出现起便广受社会关注。以机械制造行业为例，随着智能制造的持续推进，如今各种3D打印技术在机械制造领域中得到普及应用，其不仅解决了传统机械制造成型困难的问题，而且还能够推动机械制造实现“设计—制造”一体化，促使机械制造产品更加精准，有效满足设计目标要求，同时也能够大幅度缩短机械制造产品的设计生产周期，为企业产品资金回笼提供更为有效的支持，保障企业实现长久健康的发展。此外，相对于传统机械制造技术来说，3D打印技术采用一体化制造，所以产品内部的连接点更少，可以有效提高产品的质量及稳定性，延长产品使用寿命[1]。

在未来需要进一步提高3D打印技术的智能化水平，促使3D打印技术实现全自动化水平，如此才能够推动3D打印技术朝着产业化和规模化发展。而人工智能技术作为当今智能制造领域中常用的技术手段，在应用到3D打印领域以后将有效提高3D打印技术的智能化水平，进而为3D打印技术的进一步发展提供重要支持。

3    人工智能在3D打印领域中的应用困境

3.1  缺乏人工智能基础

人工智能技术和3D打印技术作为两种新兴科学技术，虽然很多研究者都认为将人工智能技术运用到3D打印领域可以有效地推动3D打印技术的发展及应用，但受人员、基础等方面的影响，如今两种技术实际结合更多的还是停留在理论层面，对具体应用研究则相对较少[3]，这也就导致现有的3D打印设备大多在控制方面存在著诸多不足，以至于不仅生产过程对操控者的综合素质有着较高的要求，而且实际生产效率相对较低，最终多方面因素导致实际生产成本增加，不利于企业实现长久健康发展，进而削减了企业相关技术研发的积极性。事实上，想要发展3D打印技术，那么将人工智能技术运用到3D打印领域便是不可回避的一个问题，需要企业与科研院所、各大高校合作，最终实现技术突破及创新，最终带动企业实现快速发展。

3.2  缺乏技术创新

现如今，由于技术环境、人才资源以及资金等因素的限制，3D打印技术及其配套技术的创新发展速度相对缓慢，不仅导致3D打印技术的具体应用成效受到严重限制，也促使3D打印技术与其他技术之间的融合发展受到相应的阻碍。以人工智能技术和3D打印技术融合为例，虽然两种技术均已经逐步走向成熟，可以在实际应用过程中发挥出一定的应用成效，但由于两种技术均是独立研发的，所以两种技术之间的关联性相对较弱，必须要结合两种技术的实际情况进行合理的融合、优化及完善，才能够保障融合后的3D打印技术兼具两种技术的优势[4]。

此外，如今学术界虽然对人工智能在3D打印领域中应用开展了相应的研究，但实际取得的研究成果却相对较少，此种情况一方面阻碍了人工智能技术在3D打印领域的应用及发展，另一方面也导致相关技术设备的设计优化及故障诊断工作难以有效开展。由此可以发现，如今人工智能在3D打印领域中应用的阻碍主要根源在于相关理论成果相对较少，没有充足的理论作为指导，人工智能在3D打印领域中的应用也没有明确的指导方向，相关技术研发、设计优化以及故障诊断的发展均会受到严重阻碍。因此，想要推动3D打印技术创新发展，首要内容就是加大相关技术的研发投入，推动技术理念发展。

3.3  缺乏高素质创新人才

21世纪不仅是信息的时代，也同样是人才的时代，各行各业的发展均需要有着充足的高素质人才作为支持。3D打印和人工智能作为两种新兴技术领域，其技术对高素质创新人才的依赖性更强，所以想要推动人工智能在3D打印领域中应用，就必须要有着充足的高素质创新人才作为基础保障。然而结合实际情况来看，由于3D打印领域和人工智能发展起步时间相对较晚，相关高素质人才极为缺乏，而兼具两大领域能力的综合性人才更是少之又少[5]，此种情况严重制约着人工智能在3D打印领域中的应用进程。

4    人工智能在3D打印领域中的应用成效

4.1  简化操作流程

在人工智能技术的支持下，3D打印技术将会摆脱过去人为操作的传统控制模式，将原本的复杂化操作流程大部分或者完全交给人工智能系统进行处理和控制。例如在打印三维图形零件时，用户可以在计算机中直接选取需要打印的三维图形零件，在人工智能系统的控制下，3D打印技术将会自动根据三维图形零件的尺寸、形状等参考内容，将三维图形零件合理地摆放在虚拟工作台的相应位置。之后系统会自动确认、校准三维图形零件的摆放位置，确定摆放无误后，系统将虚拟化三维图形零件完成数据转化、设备诊断的流程，最终开始实际3D打印、产品清理等作业。

4.2  强化学习能力和容错能力

人工智能技术具备从经验中汲取知识的能力，促使其可以在实际应用过程中不断提高相关技术水平。因此，当人工智能技术应用到3D打印领域以后，相关学习能力将会促使3D打印技术持续自我优化和完善，进而提高应用效果。不过想要达成此效果，则需要具有恰当的工作作为辅助，从而对应用中所产生的同构、异构数据源进行抽取和集成，最终将结果根据一定的规则进行统一存储，再将数据进行分析、处理，构成相应的数据集，之后数据集将会对所有样本进行分类处理，促使其构成相应的数据模型。在具体应用过程中，数据模型会同待处理数据进行匹配对比分析，进而根据对比结果实现智能化处理。以3D砂模打印机为例，此技术可以通过机器视觉技术在零件堆积过程中有效读取各层次图像的喷绘情况数据，然后将获取的数据与现有数据模型进行对比分析，确定各层对应像素点的重合度以及喷绘尺寸偏差，进而人工智能系统再控制运动控制系统和喷绘系统进行实时调整，提高喷绘质量。

5    结语

综上所述，在3D打印領域中应用人工智能技术将有效提高3D打印技术的智能化水平，不仅可以有效推动3D打印技术实现快速发展，还能够为智能制造领域带来新的技术革新。不过结合实际情况来看，如今3D打印领域中人工智能的应用还面临着缺乏人工智能基础、缺乏技术创新、缺乏高素质创新人才等现状，对于这些问题，一方面国家需要引导企业和高校、科研院所达成深入合作，实现产学研结合，推动相关技术发展，培养高素质创新人才，另一方面企业也需要提高对3D打印技术的研发重视，加大相关资金投入，为企业未来的先行发展打下良好基础。

[参考文献]

[1]王建宏.人工智能与制造业深度融合已成业界共识—CIMTem2019/em展后报道[J].金属加工（冷加工），2019（6）：16-17.

[2]唐洋，陈海锋，刘志强，等.3D打印技术产业化现状及发展趋势分析[J].自动化仪表，2018（5）：15-20.

[3]赵邦，谢书凯，周福宽.智能制造领域研究现状及未来趋势分析[J].现代制造技术与装备，2018（2）：180-181.

[4]张坤，刘子恒.3D打印在人工智能的发展和应用[J].信息记录材料，2020（2）：85-86.

（编辑 王雪芬）