南極熊導(dǎo)讀：增材制造一直在發(fā)展壯大，是許多主要領(lǐng)域的支柱，例如汽車行業(yè)、航空航天工業(yè)、可持續(xù)建筑等。大多數(shù)工業(yè)部門都選擇使用人工智提高收入并減少工作時間，增材制造行業(yè)也不例外。人工智能(AI)在3D打印中的應(yīng)用一直是世界各地研究者們研究的重點。
人工智能在3D打印中的工業(yè)應(yīng)用
隨著AI與3D打印的結(jié)合，可以預(yù)測各大制造公司的管理運營方式將發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變。從產(chǎn)品開發(fā)到配藥，人工智能技術(shù)可以推動整個供應(yīng)鏈。打印過程自動化也將減少人為錯誤的可能性，大大提高生產(chǎn)效率。人工智能在3D打印中的潛力不僅僅局限于制造和建筑行業(yè)，像健康、設(shè)計、建筑和航空航天等其他行業(yè)也可以從AI與3D打印的結(jié)合中獲益。
利用機器學(xué)習進行3D打印的核心優(yōu)勢
增材制造領(lǐng)域正在迅速擴大，新的材料、技術(shù)和解決方案不斷被涌現(xiàn)。從確定某項工作的最佳材料到通過消除人為錯誤來提高產(chǎn)品的構(gòu)造質(zhì)量，機器學(xué)習(ML)正在發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。
在將3D打印的物體真正應(yīng)用前，必須對其進行修復(fù)以消除孔洞和其他缺陷，這往往需要大量的人力物力，但現(xiàn)在這些困難都可以由ML自動識別和解決，節(jié)約了時間和金錢，因為它無需重新打印整個產(chǎn)品或花費數(shù)小時手動修復(fù)每個組件。通過根據(jù)經(jīng)驗進行微小的改動，可以使用機器學(xué)習來優(yōu)化設(shè)計，最大化高質(zhì)量的輸出。預(yù)測性維護使用ML算法能夠預(yù)測零件何時需要更換或維修才能完全失效，有助于組織計劃并避免在等待更換組件時因昂貴的維修或停機而造成的損失。使用機器學(xué)習，公司可以利用消費者數(shù)據(jù)來創(chuàng)造滿足他們需求的商品。簡而言之，AI和ML在與3D打印結(jié)合使用時具有多種優(yōu)勢。
●AI故障遠程檢測
在3D打印過程中檢測故障是必要的。Processes期刊介紹了一種基于AI的新型計算機視覺方法，用于在打印過程中評估熔絲制造(FFF)3D打印項目的質(zhì)量。
通過分析過程捕獲的視頻，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以發(fā)現(xiàn)整個打印過程中的3D打印問題。在打印過程中，3D打印的物品很可能會出現(xiàn)缺陷，比如拉絲。這些缺陷通常與打印參數(shù)之一或?qū)ο蟮膸缀涡螤钕嚓P(guān)聯(lián)。在這種情況下，AI框架（深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）在實時環(huán)境中開發(fā)和實施，以對實時攝像機流執(zhí)行檢測過程和預(yù)測。
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●支持AI的3D打印如何塑造正畸學(xué)的未來
與其他行業(yè)類似，創(chuàng)新的數(shù)字技術(shù)已經(jīng)改變了醫(yī)療保健行業(yè)和正畸實踐。人工智能(AI)和3D打印技術(shù)的最新突破對于增強正畸診斷和治療計劃，以及構(gòu)建算法和制造個性化正畸產(chǎn)品具有重要意義。
人工智能在診斷牙頜面異常和設(shè)計矯形外科手術(shù)方面具有巨大的前景。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法表明，正頜手術(shù)顯著改善了大多數(shù)患者的外形和審美情趣。AI技術(shù)提高了正頜手術(shù)的臨床準確性、使用3D模型（手術(shù)矯形器的3D制造）進行治療規(guī)劃以及治療隨訪和圖片疊加。
●基于AI的適印性檢查
理論上，3D打印過程能夠創(chuàng)建任何3D對象。然而，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，3D打印由于其拓撲特性和特殊的材料需求，其開發(fā)利用仍然受到限制。Journal of Basis Applied Science and Management System上的最新文章向讀者介紹了可打印性檢查器(PC)程序，該程序可確定對象是否適合3D打印或其他生產(chǎn)方法。
它由特征提取器(FE)、打印機管理器(PM)和驗證器引擎(VE)組成。PC根據(jù)標準的復(fù)雜性值的結(jié)果進行判斷。計算復(fù)雜性取決于多個指標的選擇，例如測試的運行時間。具體而言，有限元的目標是檢索給定3D對象的科學(xué)可測試特征。PM負責使用適用的限制來管理打印機，然后將打印機配置文件發(fā)送給VE。同時，VE可以匹配FE和PM的特性和局限性，根據(jù)最終的復(fù)雜度結(jié)果驗證3D物體的可打印性。
●人工智能如何影響航空航天零件的3D金屬打??？
Journal of Physics:Conference Series收錄了一篇文章，介紹了工智能在3D金屬打印中的集成已被視為一種潛在的發(fā)展，因此成為航空航天技術(shù)進步的基礎(chǔ)。3D打印與人工智能相結(jié)合，使航空航天制造商能夠以更低的成本和更少的浪費生產(chǎn)更準確、更精確的航空部件，并提高設(shè)計自由度。傳感器和攝像頭安裝在3D打印機內(nèi)，通?？拷勰┰虾图す馐喜⑿纬晒腆w層的噴嘴附近，以提供過程控制和監(jiān)視。然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到專門的軟件，實時評估和解釋各種現(xiàn)象，認識到問題并利用人工智能的力量來解決它們。
原文鏈接：10.1088/1742-6596/1892/1/012015
●麻省理工學(xué)院：基于人工智能的新型材料3D打印
麻省理工學(xué)院的研究人員創(chuàng)建了一種機器學(xué)習算法實時分析和更改3D打印過程以修復(fù)故障?？茖W(xué)家和技術(shù)人員一直在發(fā)明可用于3D打印的具有獨特品質(zhì)的新材料。然而，了解如何制造這些物質(zhì)可能是一項困難且昂貴的挑戰(zhàn)。使用人工智能，麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)簡化了這項技術(shù)。開發(fā)一個機器學(xué)習系統(tǒng)，使用計算機視覺來監(jiān)控生產(chǎn)過程并實時修復(fù)材料處理故障。通過模擬，研究人員教會神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何修改打印設(shè)置以減少錯誤，然后將該控制器應(yīng)用于真正的3D打印機。該技術(shù)比以前的任何3D打印控制器產(chǎn)生更精確的打印件。
人工智能在3D打印中應(yīng)用的挑戰(zhàn)
使用ML方法可知數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)值模擬比基于物理的數(shù)值模擬在計算上更有效。原位分析和閉環(huán)調(diào)節(jié)高度依賴于計算工作。由于數(shù)據(jù)集更大，使用高速攝像機檢查水池需要更多的處理資源。這種使用大數(shù)據(jù)收集的應(yīng)用程序需要改進機器學(xué)習算法。計算成本是在增材制造中實施AI的重大障礙。
數(shù)據(jù)交換對于大型數(shù)據(jù)庫的開發(fā)至關(guān)重要，而大型數(shù)據(jù)庫是ML算法運行所必需的。隨著越來越多的研究小組專注于新型材料和工藝的創(chuàng)造，數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理的標準將確保數(shù)據(jù)共享并促進AM社區(qū)內(nèi)的協(xié)作。許多ML框架彼此不兼容。為了在研究社區(qū)中傳播ML模型，建立一致的框架至關(guān)重要。缺乏標準是一個重大問題，需要立即采取措施解決這一重大問題。
機器學(xué)習(ML)算法的性能與輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量一樣出色。涉及熔融過程的3D打印程序中使用的傳感設(shè)備必須具有快速刷新率和出色的分辨率，以便從熔池中收集信息。盡管使用的傳感器種類繁多，但每種現(xiàn)場監(jiān)測方法都有局限性，阻礙了其在實際生產(chǎn)線上的應(yīng)用。
市場分析
Fortune Business Insights對全球3D打印市場以及AI自動化3D打印行業(yè)進行了全面分析。2021年，全球3D打印市場估計為151億美元。預(yù)計從2022年到2029年，復(fù)合年增長率為24.3%，從2022年的183.3億美元增長到2029年的839億美元。
2021年自動化3D打印市場價值7.0669億美元，預(yù)計到2027年將達到58.7856億美元，2022年至2027年的復(fù)合年增長率為41.76%。制造業(yè)人工智能的市場規(guī)模預(yù)計將達到163億美元2027年，根據(jù)Research and Markets發(fā)布的最新報告，2022年至2027年的復(fù)合年增長率為47.9%！
未來展望
人工智能正在為增材制造行業(yè)提供優(yōu)勢，未來的研究應(yīng)集中于：
●結(jié)合基于AI的可打印性測試、切片和路線規(guī)劃，以加速并行切片并優(yōu)化3D打印路徑。
●使用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)通過基于云的設(shè)計和生產(chǎn)系統(tǒng)來提高3D打印的適應(yīng)性、集成性和個性化。
●通過指數(shù)技術(shù)、并行化和切片算法的改進來改進基于ML的計算預(yù)制（過程規(guī)劃），進一步為快速的全球工業(yè)化開辟道路。
簡而言之，人工智能和3D打印的交叉已經(jīng)成為成功的秘訣，世界各地的機構(gòu)都在投資這一特定領(lǐng)域。