3D打印把人工智能夢想照進現實

目前，全球正在興起新一輪數字化、智能化制造浪潮，“3D打印”作為其中的一個標志性概念，在最近幾年正獲得越來越廣泛的關注。作為快速成形技術的一種，3D打印以經過智能化處理后的3D數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印、迭加成形的方式來增量構造物體。3D智能數字化與3D打印就像一對孿生兄弟，相輔相成、密不可分。

3D智能數字化軟件是3D打印的核心，其利用計算機來生成數字化的3D圖紙模型。正所謂“巧婦難為無米之炊”，缺少數字化文件支持的3D打印機將會變得毫無用處。3D數字化目前有兩大類的方法。第一大類是使用3D設計軟件，由設計師從無到有地設計數字化產品。當然，并非人人都有能力自己設計3D形狀，因此第二大類的3D數字化就是3D掃描（俗稱3D照相），基于計算機視覺、計算機圖形學、模式識別與智能系統、光機電一體化控制等技術對現實存在的3D物體進行掃描采集，以獲得逼真的數字化重建。

在獲得初步的數字化模型之后，往往還需要進行個性化編輯定制，才會最終輸出到3D打印機。這種追求高附加值的個性化定制，之前都是以較大的手工工作量為代價的，尤其是當需要“大批量定制”時。因此，為提高效率，3D智能數字化技術將發揮關鍵的作用。比如，需要為一萬名用戶定制個性化的眼鏡、服裝、帽子、鞋子，如果使用人工逐一為每位用戶進行手工測量和手工設計，工作量和成本都將變得不可接受。而應用智能數字化技術，如采用視覺計算方法，利用攝像頭自動采集、分析提取每位用戶的體貌個性特征，并自動根據視覺美感進行形狀設計、顏色膚色搭配等，可極大地縮減定制周期。

之后的一切都交給3D打印機，其無需機械加工或任何模具，就可加工任意復雜的中空形狀，解決了許多過去難以制造的復雜結構的成形問題。目前，3D打印機已經能夠使用各式各樣的新材料（如液體、粉末、塑料絲、金屬、沙子、紙張、甚至巧克力、人體干細胞等），通過噴墨沉積、熔融沉積成形、激光燒結、立體光刻等工藝將三維數字模型變成實物，從玩具、工具，到廚房用品、建筑、時尚衣服應有盡有，甚至還可直接打印具備觸感的人造耳朵、人體骨骼、人造假牙、鮮肉，以及槍支、跑車、無人飛機等。以通過“智能云網”模式定制一雙鞋子為例，普通用戶只需在手機上下載一個App應用，給自己的雙腳拍幾張照片，并指定喜歡的款式和顏色。然后，位于云端的智能計算服務將根據重建出的3D腳形把鞋子設計出來，并在云制造集群中搜索到鄰近的打印地點，以便快速送貨上門。

目前的3D 打印技術，在很多基礎研究領域已取得了突破，如對金屬熔敷成形技術的研究，解決了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型復雜整體關鍵構件激光成形工藝問題。但仍有不少復雜工藝問題需要解決，如多種材料的混合制造問題。只有實現了混合材料打印，多元結構的部件才能一次制造出來，以避免傳統的首先制造單個（不同材料）零件再組裝在一起的弊端。當前，3D 打印技術的攻關難點主要集中在設備和功能材料的制備、智能控制問題的解決、激光器/噴嘴等核心元部件的研制等方面。

通過智能感知設備，3D打印機還可控制制造的行為，對打印的過程進行實時監控，如監測產品的質量和強度，然后根據反饋信息隨時做出調整，以實現閉環控制。也就是說，這臺3D打印機具有學習和控制的能力?？梢韵胂蟮氖?，會有專為糖尿病患者推出的食品打印機，通過微型皮膚植入物監測病人的血糖，依據每日不同的身體狀況為其量身打印食物。在將來，通過把人工智能從計算機拓展到現實世界，還可打印具備感知和學習能力的智能物品，達到“機器制造機器”的新境界。