夏张文 周伟民

（1.上海产业技术研究院，上海 201200；2.上海市纳米科技与产业发展促进中心，上海 200237）

目前，全球范围内都掀起了制造业智能化发展浪潮，3D打印技术作为其中一个标志性的手段，在最近几年也获得了广泛的关注。3D打印技术的快速成形特点，能够运用智能化处理，将以3D数字模型文件为载体，并以粉末状金属和可粘合的材料。逐层打印和迭加成形为载体实现对物体的构造。3D智能数字化与3D打印技术两者之间相辅相成，密不可分。特别是在进入21世纪后，大数据、3D打印及人工智能等高科技的不断涌现，也对我国社会经济的发展起到了较大的促进作用，不断在传统制造业发展中注入新鲜的智能血液[1]。

1.3D打印与人工智能的概念

1.1 3D打印技术的概念

3D打印技术是一门综合性并且带有交叉性质技术，其主要来源于机械学制造基础，整合了计算机、材料学等多学科的核心技术，进而打造出了生产周期短、制造过程简单以及实现制作个性化和多样化的3D打印技术。

在科技不断进步以及发展的今天，3D打印技术已经不再是一项陌生的技术，其经过30多年的发展历程，技术逐步呈现出成熟的特性。但是在早期的运用中其生产成本较高，并未在制造领域进行广泛推广和运用，并且在第四次工业革命之初，3D打印技术也由其可定制化、智能化以及绿色化等优点，改变了传统制造业生产产量化、标准化以及粗放式等发展模式，实现了制造业新的崛起。

1.2 人工智能

人工智能是研究、开发并用于模拟和延伸人的智能的集理论、方法与技术一体的技术科学。并且作为计算机的一个分支，在了解智能实质、生产与人类智能和思维相似的机器，进而通过机器人、语言、图像识别以及语言处理等，执行更高级的任务，其具有以下3个方面的显著特征，即：

（1）计算能力是图形单元处理得到的，随着全球IP行业的迅猛发展，在这个过程中也释放出了强大的计算能力，只要能够链接到互联网，就能促使得到Google、Facebook等代表性公司为人类提供的超强计算能力基础。

（2）算法。算法是在人工智能时代经过开源和扩散得到的，也促使算法资源在未来也将得到不断开源与通用，例如目前所开源的人工智能计算系统，能够为开发者直接所用，也让对算法陌生的人，通过不断调用此开源算法进而实现人工智能的开发。

（3）大数据。当人工智能在实际运行中，将其计算能力和算法都解决掉，这时数据将成为最棘手的问题，在现代数据不断涌现的时代，只有拥有了海量的数据，为研发提供基础，那么其就拥有了研发的核心竞争力。

1.3 3D打印技术发展现状

智能化和数字化是3D打印技术的核心，只有充分利用计算机生成数字化的3D图纸模型，完全依靠数字化的支持才能充分发挥3D打印技术的价值和作用。3D打印技术的数字化主要有两种方式，一类是使用3D设计软件，从无到有地设计出数字化的产品，当然并不是每一个人都懂得设计出3D形状。因此，就需要借助第二大类即3D数字化扫描也称3D照相，这是一种基于计算机视觉、图形学、模式识别以及智能化系统为一体的控制技术，并对现实存在的3D物体进行扫描和采集，进而有效获取逼真的3D物品。

2.3D打印技术在人工智能中的发展与应用

目前，3D打印技术与人工智能技术都获得了较大的发展，将二者进行联合能够给人类社会的发展与进步带来加大的改变，通过在计算机软件中将数字文件制造为相关的模具，以新型的粉末和液态材料为主要原材料，运用3D打印设备，按照计算机指令实现对产品的精准打印，真正实现制造业的随时按需工作。身为最先进的制造业代表，3D打印技术已经被逐步被应用于工业制造领域。

3D打印技术还广泛应用于人工智能领域中的机器视觉技术以及3D打印粉末的鉴定。金属在熔化的过程中每个激光点都能创建出一个微型的熔池，进而实现粉末熔化并凝固为固体结构，但是产品的质量也将受到多因素的影响。国外卡内基梅隆大学工程学院的研究人员借助金属3D打印材料的机器视觉技术，能够对金属粉末进行自动识别和分类，准确率达到95%以上[2]。并且人工智能与3D打印工厂设计进行联合使用，能够实现对全过程的纠错，英国AIAIBuild公司，开发出了智能化和自动化的3D打印平台，并配备智能挤出机，对于检测出的任何问题都能做出应对的决策，这样就能实现打印可行零件不会出现任问题，成为制造业生产中自动化、智能化改革方向。

人工智能领域将图像识别技术与3D打印技术进行融合也为制造业发展带来全新的契机，国外相关大学通过设计研究开发出了一种集3D打印技术与人工智能一体化的软件，在没有人干预的情况下实现深度学习，通过创新发展创建了3D对象，结合科学家的理论，证实图像识别技术能够用于更加高级的数据抽象建模。深度神经网络会根据打印条件和色彩等挑选3D作品将其传送到3D打印平台的Shapeways中，并运用具有色彩的砂石材料进行3D打印。此外，人工智能还将与三维扫描进行深度融合，将其价值最大化呈现。与普通人像扫描不同，BodyLabs能在人工智能技术上实现自我学习和数据收集，并将人体外形、姿态以及运动动态数据精准为3D打印技术在服装制作、人体假肢以及医疗器械等提供数据支持。

截至目前，3D打印技术在很多基础已经取得了突破性发展，如金属的熔敷成形技术，有效解决了钛合金、超高强度钢等加工过程中整体关键构建激光成形工艺问题，但仍然有许多复杂的工艺问题有待解决，如多种材料混合制造问题，只有不断将混合材料进行打印，才能一次性制造出多元结构部件，避免传统制造工艺中制造单个零件再组装的繁琐问题弊端。

结合现阶段3D打印技术在难点问题上的表现出的设备和材料制备和智能控制解决问题，例如激光器、喷嘴等核心元部件的研制，借助智能感知设备，3D打印技术才能对制造行为进行有效控制，实现读整个打印过程的全程监控，结合产量的质量和强的反馈信息，做出适时的调整，实现闭环控制[3]。通过以上研究证实，3D打印技术具有学习和控制的能力，在制造过中专为糖尿病患者主推食品进行打印，并通过微型皮肤植入测定患者的血糖，结合每个患者不同身体状况有针对性地打印出食物，在未来，运动3D打印技术能够打印出具有学习的智能化事物，这样才能真正推进机器制造的全新世界。

3.结语

3D打印技术与人工智能的融合和深度发展将成为发展趋势，能为未来机器制造的推广和普及奠定扎实的基础，也能促使制造业的智能化生产，进而深入到人们生活和生产的方方面面，给人类的生活和生产带来全新体验。但是，两者在融合发展过程中仍面临着风险与挑战，如此强大的制造能力将对人类就业产生威胁，引发潜在的犯罪和违法事件发生的风险。但是科技是一把双刃剑，在促进人类生存和发展的同时，也促使人类深度思考未来发展中可能面临的难题。