3D打印中的智能控制與人工智能技術(shù)

供稿人：池欣蕓、田小永 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

隨著3D打印的日漸普及，其幾乎應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的所有領(lǐng)域：從建筑和設(shè)計(jì)，到生物醫(yī)學(xué)和航空航天。增材制造設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與眾多因素相互依存，為進(jìn)一步優(yōu)化精度及提高效率，打印過程的控制等值得探索思考。彼爾姆國(guó)立科研理工大學(xué)自動(dòng)化系的研究人員提出可通過引入視覺反饋來實(shí)現(xiàn)工藝過程控制，如圖1所示，Haar特征的引入使得打印系統(tǒng)能更好地預(yù)防噴頭與打印件碰撞，從而有效提高打印成功率[1]。

圖1.應(yīng)用于3D打印系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)模式識(shí)別 (Haar特征) [1]

與此同時(shí)，增材制造技術(shù)與機(jī)器人以及人工智能領(lǐng)域的結(jié)合也獲得了廣泛關(guān)注。隨著科技發(fā)展，現(xiàn)有機(jī)器人輔助制造的核心是靈活性、適應(yīng)性和效率。3D打印是機(jī)器人輔助制造的關(guān)鍵工具，該技術(shù)使得制造業(yè)不在受材料以及固定形狀的限制，從而生產(chǎn)出更加具備個(gè)人定制元素的產(chǎn)品。美國(guó)密歇根大學(xué)機(jī)器人所認(rèn)為將輔助機(jī)器人系統(tǒng)與3D打印相結(jié)合，未來的工程師將不再需要從一塊固定的材料開始，而可以組合材料來創(chuàng)造特定的功能。密歇根大學(xué)初創(chuàng)的公司S3D Precision正在推廣一項(xiàng)智能制造的打印技術(shù)，該技術(shù)可以在5毫米至50納米的分辨率范圍內(nèi)，在多種類型的表面上打印傳感器、驅(qū)動(dòng)器和電子器件，從而實(shí)現(xiàn)多材料的智能打印[2]。除此之外，密歇根大學(xué)的機(jī)器人所研究人員將人類視為智能制造業(yè)的永久組成部分，因而有關(guān)未來世界人與機(jī)器在智能制造系統(tǒng)中如何協(xié)作的思考至關(guān)重要；如圖2所示，他們提出機(jī)電一體化3D打印制造系統(tǒng)與迭代學(xué)習(xí)控制結(jié)合，并提出數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)將極大地助力智能制造系統(tǒng)做出更好、更快的決策[3]。

圖2.密歇根大學(xué)機(jī)電一體化3D打印制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示意圖[3]

人工智能對(duì)于增材制造發(fā)展的重要性不言而喻, 如何打開增材制造構(gòu)建人工智能的正確方法現(xiàn)階段還無法給出一個(gè)確切的答案——汽車、服裝和醫(yī)療設(shè)備等日常生活中任意一個(gè)產(chǎn)品都可能成為上述兩種技術(shù)協(xié)作完成的下一個(gè)產(chǎn)出；科研之創(chuàng)新是人類探索的贊歌，以包容之心態(tài)，主動(dòng)求索之精神，我們拭目以待。

參考文獻(xiàn)：
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/