根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，3D打印-增材制造工藝正在超越傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，因?yàn)樵霾闹圃旃に嚥粌H更靈活，而且在某些應(yīng)用中更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用。不過在很多情況下，增材制造的加工效率仍然落后于傳統(tǒng)工藝。

Fraunhofer正在用人工智能 (AI) 解決這個(gè)問題：多虧了用于過程控制的新軟件，特別是激光材料沉積將自動(dòng)優(yōu)化并變得更加高效。

人工智能照進(jìn)3D打印的現(xiàn)實(shí)

根據(jù)3D科學(xué)谷，基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計(jì)與智能制造, 與新一代人工智能技術(shù)深度融合，形成高吞吐量、高產(chǎn)品質(zhì)量控制能力、高產(chǎn)品復(fù)雜性的新一代智能制造技術(shù)，進(jìn)而成為第四次工業(yè)革命的核心技術(shù)引擎。像這種外徑約為 140 毫米的碎石機(jī)齒這樣的磨損部件通過 LMD 工藝進(jìn)行修復(fù)。由于人工智能，修復(fù)不規(guī)則表面的過程將得到優(yōu)化。

作為德國與加拿大的 3+2 資助計(jì)劃的一部分，AI-SLAM 項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教育和研究部資助，加拿大方面由 NRC 資助。重點(diǎn)是利用人工智能為工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)新技術(shù)。各個(gè)項(xiàng)目來自各行各業(yè)的真實(shí)需求。覆蓋的應(yīng)用范圍廣泛；包括來自采礦和能源部門的需求，到汽車工業(yè)和電信，再到建筑和基礎(chǔ)設(shè)施管理領(lǐng)域的需求，該資助將持續(xù)到 2024 年 3 月。

© Apollo Machine and Welding Ltd，加拿大。

/ 人工智能優(yōu)化工藝參數(shù)/ 數(shù)據(jù)捕捉+算法

來自加拿大的機(jī)器制造商Apollo為采礦和石油行業(yè)提供開采設(shè)備，其中采礦業(yè)使用的碎石機(jī)齒需要定期檢修。通過使用激光材料沉積 (LMD)-金屬3D打印工藝，可以在磨損部件上沉積金屬層，直到重建原始幾何形狀。

此修復(fù)過程中的問題是零件的不均勻磨損，這意味著必須應(yīng)用不同厚度的層。操作員必須在每個(gè)涂層步驟之后或至少在每十層之后測量它并重新調(diào)整過程。

在“用于人工智能增強(qiáng)自適應(yīng)激光增材制造 AI-SLAM ”的項(xiàng)目中，德國和加拿大的合作伙伴正在共同為開采設(shè)備制造商開發(fā)可用于自動(dòng)運(yùn)行 LMD 過程的軟件。為此，系統(tǒng)會(huì)在涂層過程中自動(dòng)記錄幾何形狀，檢測與指定輪廓的偏差并重新調(diào)整工藝參數(shù)，例如進(jìn)給速率。

在人工智能的幫助下計(jì)算出優(yōu)化的控制參數(shù)，該軟件分析更大的數(shù)據(jù)集，并獨(dú)立學(xué)習(xí)如何迭代改進(jìn)流程。這個(gè)為期三年的項(xiàng)目的最新里程碑是在弗勞恩霍夫激光研究所-Fraunhofer ILT 為掃描組件和自動(dòng)路徑規(guī)劃調(diào)試軟件功能。

在德國方面，位于德國亞琛的弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 ILT 和軟件開發(fā)商 BCT 參與了 AI SLAM項(xiàng)目。在加拿大，該項(xiàng)目由加拿大國家研究委員會(huì) NRC 協(xié)調(diào)。該項(xiàng)目的重點(diǎn)非常復(fù)雜：基本上，必須系統(tǒng)地收集和處理盡可能多的過程數(shù)據(jù)。然后，從這些數(shù)據(jù)中，通過人工智能自動(dòng)學(xué)習(xí)如何優(yōu)化過程控制，以便最終以更少的努力生產(chǎn)更多產(chǎn)品。

得益于定期的視頻會(huì)議和共同準(zhǔn)備的在線文件，德國和加拿大的合作項(xiàng)目工作順利進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)室參觀中，合作伙伴已經(jīng)熟悉了彼此的軟件和硬件環(huán)境。為了交換過程數(shù)據(jù)和實(shí)施機(jī)器學(xué)習(xí)模型，mlOS機(jī)器學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)已向所有項(xiàng)目合作伙伴開放。

在制造業(yè)中使用 AI 的方法有多種，通常從分析圖像或其他數(shù)據(jù)開始。有了人類“老師”給予的人工智能的算法，人工智能甚至可以識(shí)別復(fù)雜數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)。因此，它可以在早期檢測到與預(yù)定義最佳值的偏差，從而可以對(duì)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)的記錄和處理與過程控制相結(jié)合形成一個(gè)自主過程時(shí)，就達(dá)到了最高水平：智能化調(diào)整加工策略。

在制造業(yè)中使用 AI 的方法有多種，通常從分析圖像或其他數(shù)據(jù)開始。有了人類“老師”給予的人工智能的算法，人工智能甚至可以識(shí)別復(fù)雜數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)。因此，它可以在早期檢測到與預(yù)定義最佳值的偏差，從而可以對(duì)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)的記錄和處理與過程控制相結(jié)合形成一個(gè)自主過程時(shí)，就達(dá)到了最高水平：智能化調(diào)整加工策略。

在3D打印方面，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所Fraunhofer ILT目前能夠通過 AI 顯著改善金屬 3D 打印的結(jié)果。在激光粉末床選區(qū)金屬熔化 (LPBF) 工藝系統(tǒng)中，使用高分辨率 HDR 相機(jī)對(duì)每一層中的組件表面進(jìn)行拍照。圖像數(shù)據(jù)可以捕捉到兩種影響：一方面，可以測量過程中組件可能發(fā)生的翹曲；另一方面，可以仔細(xì)檢查表面的粗糙度。因此，可以在生產(chǎn)過程中對(duì)缺陷進(jìn)行分類。

當(dāng)然，F(xiàn)raunhofer的研究步伐不會(huì)僅僅停留在單臺(tái)設(shè)備的自適應(yīng)上，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，2020年初，F(xiàn)raunhofer IPT弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所IPT和瑞典移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商愛立信共同開發(fā)了“歐洲5G工業(yè)園區(qū)”的概念，監(jiān)視和控制高度復(fù)雜制造過程的5G傳感器，移動(dòng)機(jī)器人，物流和多站點(diǎn)生產(chǎn)鏈，分布式制造控制，區(qū)塊鏈，人工智能與邊緣云計(jì)算等等正在以未來已來的方式呈現(xiàn)在我們面前。

《暗知識(shí)》表示，可以感知，在不久的未來，下一步的人工智能將跨越單臺(tái)3D打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的協(xié)調(diào)與工藝優(yōu)化。如果說算法是引擎的設(shè)計(jì)，那么算力是引擎的馬力，而數(shù)據(jù)是引擎的燃料。© 3D科學(xué)谷白皮書

在人工智能的幫助下，激光參數(shù)也可以在過程中進(jìn)行特定的更改，以便對(duì)過程狀態(tài)的變化做出動(dòng)態(tài)反應(yīng)。這提高了零件的質(zhì)量，并在缺陷發(fā)生之前加以預(yù)防。工智能不僅使用戶能夠優(yōu)化生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)。在具有大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的過程中，例如現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展，人工智能也降低了復(fù)雜性。開發(fā)過程變得更加清晰、更加確定并且更少依賴于個(gè)別專家的直覺。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場了解，在商業(yè)化方面，具有集成 AI 的過程監(jiān)控系統(tǒng)將支持這種轉(zhuǎn)變，并實(shí)現(xiàn)從全細(xì)節(jié)測試演變?yōu)橹悄軠y試的直接方法。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，國際上通過AI來進(jìn)行增材制造加工質(zhì)量控制的商業(yè)化軟件公司目前包括以色列的printsyst，美國的addiguru，德國的nebumind，以及瑞士的Nnaisense 。

回過頭來看增材制造，其發(fā)展趨勢就像電視，從原來黑白相間，連人影都看得默默糊糊的小“盒子”，再到彩色電視，再到現(xiàn)在的超薄大屏幕的數(shù)字電視，其發(fā)展中脫胎換骨的感覺讓人無法將這一技術(shù)定格在電視曾經(jīng)的模樣。

這其中，軟件發(fā)揮了重要的作用…年輕的3D打印產(chǎn)業(yè)正期待著一個(gè)完全自動(dòng)化的工廠，進(jìn)行生產(chǎn)的不只是一個(gè)產(chǎn)品，而是幾百個(gè)，甚至上千個(gè)的數(shù)字串行制造模式。

軟件讓3D打印更快、更聰明、更高效…

基于算法的軟件正在賦能整個(gè)世界，3D科學(xué)谷認(rèn)為很快3D打印行業(yè)會(huì)發(fā)現(xiàn)，一家3D打印企業(yè)最好團(tuán)隊(duì)中有一些人精通算法，或者可以編寫代碼或者善于使用軟件，否則這樣的企業(yè)將變得寸步難行。