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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
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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.
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