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人工智能在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用研究

2020-08-15 00:52
鑄造設(shè)備與工藝 2020年3期
關(guān)鍵詞:人工智能設(shè)備

(共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司,寧夏 銀川 750021)

隨著3D 打印技術(shù)的興起,其潛在的商業(yè)價(jià)值不斷顯現(xiàn),尤其是在產(chǎn)品的個(gè)性化定制方面顯示出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì);目前,3D 打印技術(shù)解決了個(gè)性化定制問(wèn)題,而傳統(tǒng)制造業(yè)的核心需求是批量化個(gè)性生產(chǎn),這就對(duì)技術(shù)更新迭代提出了更高的要求。人工智能同3D 打印技術(shù)的深度融合將會(huì)徹底改變3D 打印行業(yè)現(xiàn)狀,將為3D 打印技術(shù)的規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供更高效的解決方案。

1 3D 打印技術(shù)基本概述

3D 打印是能夠有效地將數(shù)字化二維模型實(shí)體化的一種快速成型技術(shù),在設(shè)計(jì)和制造物體方面表現(xiàn)十分高效,又稱增材制造。3D 打印的工作原理就是將一個(gè)三維的幾何拆分為若干個(gè)二維的平面,依據(jù)拆分對(duì)象的三維數(shù)據(jù)對(duì)打印對(duì)象進(jìn)行逐層加工,利用成形設(shè)備層層材料堆積而形成所需要的立體模型,制造出實(shí)體三維模型。通俗一點(diǎn)來(lái)說(shuō),就像是現(xiàn)今社會(huì)上普遍存在的普通打印機(jī),可以打印出紙面(即二維空間)上的任意圖畫(huà),3D 打印就是將三維幾何切分成一個(gè)個(gè)二維平面進(jìn)行打印,然后將平面進(jìn)行順序疊加,最終制造出一個(gè)實(shí)體立體幾何模型。3D 打印采用的是增材制造的方式,和采用減材制造的傳統(tǒng)工藝有所不同,它在實(shí)現(xiàn)原材料的高效利用上具有重要意義,節(jié)約能源,是一種更加符合現(xiàn)代化建設(shè)的制造方式。目前為止,發(fā)展的3D 打印技術(shù)類(lèi)型有熔融沉積式(FDM)、分層疊加式(GLOM)、光敏樹(shù)脂固液化成式(SLA)、選擇性粉末激光燒結(jié)式(SLS)、激光選區(qū)融化式(SLM)等[1]。

2 3D 打印技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著3D 打印技術(shù)的不斷成熟,正在逐步從研發(fā)設(shè)計(jì)走向規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。3D 打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和核心在于可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)難以解決的個(gè)性化、復(fù)雜的、高難度的制造難題,是傳統(tǒng)制造技術(shù)的一次重要革命。以鑄造行業(yè)為例,隨著整個(gè)鑄造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)工作的不斷推進(jìn),各種3D 打印設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,借助3D 打印技術(shù),不僅解決了鑄件產(chǎn)品的成型困難問(wèn)題,而且使產(chǎn)品尺寸從設(shè)計(jì)到加工控制的更加精確,毛凈重比進(jìn)一步降低,也大幅度地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,同時(shí),有助于減小焊接應(yīng)力,提高焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性等。這一重大技術(shù)革新,使得“傻大黑粗”的傳統(tǒng)鑄件產(chǎn)品一夜之間變成了“窈窕淑女”型的3D 打印成型產(chǎn)品;這不僅僅是技術(shù)革新帶來(lái)的思維方式的轉(zhuǎn)變,更是新舊生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的生動(dòng)體現(xiàn)。

隨著3D 打印技術(shù)應(yīng)用步伐的不斷加快,對(duì)于智能化要求也越來(lái)越高。在3D 打印技術(shù)應(yīng)用初期,諸多控制還需要大量的人為參與,例如設(shè)備控制需要操作人員按照作業(yè)流程,按部就班的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操控。這種控制是相對(duì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)化應(yīng)用模式,對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)來(lái)說(shuō)已經(jīng)很難滿足未來(lái)的發(fā)展需求;在不久的將來(lái),將會(huì)逐漸被智能化生產(chǎn)模式所取代。人工智能技術(shù)在3D 打印領(lǐng)域的應(yīng)用,將會(huì)掀起3D 打印技術(shù)規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新一輪技術(shù)革命。

3 人工智能在3D 打印領(lǐng)域應(yīng)用的問(wèn)題研究

無(wú)論是人工智能還是3D 打印,都屬于新興的技術(shù),新興技術(shù)在探究和應(yīng)用過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題。目前,人工智能技術(shù)在3D 打印領(lǐng)域的探索才剛剛起步,技術(shù)積累還需要一段時(shí)間,距離實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一段路要走,根據(jù)目前發(fā)展情況來(lái)看,人工智能技術(shù)在3D 打印領(lǐng)域應(yīng)用受到諸多因素影響。

3.1 技術(shù)單一,缺乏人工智能基礎(chǔ)研究

目前在3D 打印技術(shù)應(yīng)用中,依然存在不足之處,缺乏對(duì)人工智能與3D 打印相結(jié)合的應(yīng)用研究。例如,3D 打印設(shè)備依靠簡(jiǎn)單的自動(dòng)化控制來(lái)實(shí)現(xiàn),操控流程復(fù)雜,同時(shí),設(shè)備控制方面容錯(cuò)能力不足,從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下,企業(yè)成本增加,利潤(rùn)降低等。由于控制技術(shù)單一,缺乏對(duì)人工智能技術(shù)的相關(guān)拓展和研究,很難實(shí)現(xiàn)大的技術(shù)突破。

3.2 3D 打印及相關(guān)技術(shù)缺乏創(chuàng)新

由于受到資金、應(yīng)用環(huán)境、人才資源等各方面的制約,3D 打印及其配套技術(shù)創(chuàng)新不足。在3D 打印技術(shù)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),不管是3D 打印設(shè)備自生各系統(tǒng)之間的配合,還是與其他自動(dòng)化設(shè)備之間的對(duì)接,都會(huì)或多或少地出現(xiàn)各種難以診斷和解決的問(wèn)題。同時(shí),由于缺乏對(duì)3D 打印技術(shù)更深入的控制和理論研究,導(dǎo)致在設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化和故障診斷等方面困難重重,很難有大的技術(shù)創(chuàng)新,根本原因在于缺乏扎實(shí)的理論研究。一切技術(shù)創(chuàng)新都須建立在深入的基礎(chǔ)理論研究之上,特別是對(duì)3D 打印技術(shù)而言,加大技術(shù)投入和基礎(chǔ)理論研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)3D 打印智能化具有巨大的推動(dòng)作用。

3.3 缺乏高素質(zhì)創(chuàng)新人才

如今,隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn),各行各業(yè)對(duì)于高素質(zhì)創(chuàng)新人才變得愈發(fā)依賴。在3D 打印技術(shù)領(lǐng)域,對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新要求很高,為了加快3D 打印智能化應(yīng)用步伐,相應(yīng)的高素質(zhì)創(chuàng)新性人才必不可少,不僅要懂3D 打印相關(guān)技術(shù),更要求有扎實(shí)的自動(dòng)化和人工智能技術(shù)基礎(chǔ)。但根據(jù)目前現(xiàn)狀來(lái)看,這方面人才缺乏,高素質(zhì)創(chuàng)新型人才較少,這在一定程度上影響了人工智能技術(shù)在3D 打印領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)程。

4 人工智能在3D 打印領(lǐng)域的應(yīng)用探究

4.1 集成業(yè)務(wù),簡(jiǎn)化操作流程

在人工智能技術(shù)的支持下,充分應(yīng)用3D 打印控制系統(tǒng),取代人工干預(yù),將復(fù)雜的操作流程交給相應(yīng)的處理系統(tǒng)。

例如,用戶在選取需要打印零件的三維圖形后,系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)三維圖形的數(shù)量和尺寸,將打印零件合理地?cái)[放在虛擬工作平臺(tái)的相應(yīng)位置,以提高工作平臺(tái)空間利用率,在校驗(yàn)零件擺放無(wú)誤后,系統(tǒng)將迅速完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、設(shè)備診斷、開(kāi)始打印、產(chǎn)品清理的一系列工作,所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)完全取代人工干預(yù)。通過(guò)可靠的人工智能控制,不僅能確保整個(gè)3D 打印系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,減少人工操作造成的失誤,而且可以提高生產(chǎn)效率,增加企業(yè)利潤(rùn)。通過(guò)3D 打印與人工智能技術(shù)緊密結(jié)合,將很好地推動(dòng)3D 打印技術(shù)快速、穩(wěn)定發(fā)展。

4.2 拓展智能學(xué)習(xí),增強(qiáng)容錯(cuò)能力

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,智能學(xué)習(xí)讓計(jì)算機(jī)從經(jīng)驗(yàn)中獲取知識(shí),并根據(jù)相應(yīng)體系劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能,因此,以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的3D 打印控制系統(tǒng)同樣具備實(shí)現(xiàn)人工智能的可能性。在人工智能技術(shù)應(yīng)用中,在恰當(dāng)?shù)墓ぞ咻o助下,對(duì)同構(gòu)、異構(gòu)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行抽取和集成,將結(jié)果按照一定的規(guī)范統(tǒng)一存儲(chǔ),應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理,將采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)處理成數(shù)據(jù)集,并將歸類(lèi)后的數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)樣本進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)范處理,使其成為修正后的數(shù)據(jù)模型,再將需要處理的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模型進(jìn)行比對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能處理。

以3D 砂模打印機(jī)為例,可通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù),在零件堆積過(guò)程中讀取每層圖形的實(shí)際噴繪情況,將實(shí)際和理論的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,再根據(jù)相鄰層同一位置對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的重合度和實(shí)際噴繪的砂模尺寸偏差,對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和噴繪系統(tǒng)做出實(shí)時(shí)調(diào)整。如果相鄰層噴繪的圖形出現(xiàn)位置偏移或者圖形尺寸出現(xiàn)偏差,在噴繪下一層的過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和噴繪系統(tǒng)將在對(duì)應(yīng)的噴繪位置做出精確調(diào)整,以此,將出現(xiàn)的缺陷補(bǔ)充到其他層,從而避免因堆疊錯(cuò)位而產(chǎn)生層紋。通過(guò)一定層數(shù)的數(shù)據(jù)積累、對(duì)比和分析,對(duì)出現(xiàn)缺陷的打印數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修正和補(bǔ)充。這樣,可有效消除3D 成型砂模的表面粗糙問(wèn)題。

同樣的,3D 打印技術(shù)可以通過(guò)類(lèi)似的智能學(xué)習(xí),將設(shè)備所出現(xiàn)的各種可能性不斷分類(lèi)處理,在智能學(xué)習(xí)技術(shù)的支持下,不斷增強(qiáng)3D 打印設(shè)備的容錯(cuò)能力,使3D 打印技術(shù)的應(yīng)用變得更加穩(wěn)定、成熟、高效,從而為3D 打印技術(shù)的規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)3D 打印技術(shù)同人工智能等相關(guān)的技術(shù)深度融合,不僅能帶動(dòng)3D 打印技術(shù)的快速發(fā)展,而且能夠促進(jìn)新一輪的技術(shù)革新。相信在各種思想和技術(shù)的碰撞下,將徹底改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)模式。

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