3D打印,把人工智能梦想照进现实

目前，全球正在兴起新一轮数字化、智能化制造浪潮，“3D打印”作为其中的一个标志性概念，在最近几年正获得越来越广泛的关注。作为快速成形技术的一种，3D打印以经过智能化处理后的3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印、迭加成形的方式来增量构造物体。3D智能数字化与3D打印就像一对孪生兄弟，相辅相成、密不可分。

3D智能数字化软件是3D打印的核心，其利用计算机来生成数字化的3D图纸模型。正所谓“巧妇难为无米之炊”，缺少数字化文件支持的3D打印机将会变得毫无用处。3D数字化目前有两大类的方法。第一大类是使用3D设计软件，由设计师从无到有地设计数字化产品。当然，并非人人都有能力自己设计3D形状，因此第二大类的3D数字化就是3D扫描（俗称3D照相），基于计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、光机电一体化控制等技术对现实存在的3D物体进行扫描采集，以获得逼真的数字化重建。

在获得初步的数字化模型之后，往往还需要进行个性化编辑定制，才会最终输出到3D打印机。这种追求高附加值的个性化定制，之前都是以较大的手工工作量为代价的，尤其是当需要“大批量定制”时。因此，为提高效率，3D智能数字化技术将发挥关键的作用。比如，需要为一万名用户定制个性化的眼镜、服装、帽子、鞋子，如果使用人工逐一为每位用户进行手工测量和手工设计，工作量和成本都将变得不可接受。而应用智能数字化技术，如采用视觉计算方法，利用摄像头自动采集、分析提取每位用户的体貌个性特征，并自动根据视觉美感进行形状设计、颜色肤色搭配等，可极大地缩减定制周期。

之后的一切都交给3D打印机，其无需机械加工或任何模具，就可加工任意复杂的中空形状，解决了许多过去难以制造的复杂结构的成形问题。目前，3D打印机已经能够使用各式各样的新材料（如液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张、甚至巧克力、人体干细胞等），通过喷墨沉积、熔融沉积成形、激光烧结、立体光刻等工艺将三维数字模型变成实物，从玩具、工具，到厨房用品、建筑、时尚衣服应有尽有，甚至还可直接打印具备触感的人造耳朵、人体骨骼、人造假牙、鲜肉，以及枪支、跑车、无人飞机等。以通过“智能云网”模式定制一双鞋子为例，普通用户只需在手机上下载一个App应用，给自己的双脚拍几张照片，并指定喜欢的款式和颜色。然后，位于云端的智能计算服务将根据重建出的3D脚形把鞋子设计出来，并在云制造集群中搜索到邻近的打印地点，以便快速送货上门。

目前的3D 打印技术，在很多基础研究领域已取得了突破，如对金属熔敷成形技术的研究，解决了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺问题。但仍有不少复杂工艺问题需要解决，如多种材料的混合制造问题。只有实现了混合材料打印，多元结构的部件才能一次制造出来，以避免传统的首先制造单个（不同材料）零件再组装在一起的弊端。当前，3D 打印技术的攻关难点主要集中在设备和功能材料的制备、智能控制问题的解决、激光器/喷嘴等核心元部件的研制等方面。

通过智能感知设备，3D打印机还可控制制造的行为，对打印的过程进行实时监控，如监测产品的质量和强度，然后根据反馈信息随时做出调整，以实现闭环控制。也就是说，这台3D打印机具有学习和控制的能力。可以想象的是，会有专为糖尿病患者推出的食品打印机，通过微型皮肤植入物监测病人的血糖，依据每日不同的身体状况为其量身打印食物。在将来，通过把人工智能从计算机拓展到现实世界，还可打印具备感知和学习能力的智能物品，达到“机器制造机器”的新境界。