人工智能在3D打印技术中应用的发展现状研究

摘要：人工智能（AI）是21世纪科技领域最为前沿的技术之一，众多领域已经开始尝试人工智能。把人工智能应用到3D打印中，使二者有机结合，给传统制造业带来了全新的变革。本文就近年来国内外人工智能在3D打印技术应用中的相关专利情况进行分析，探索了国内外人工智能在3D打印技术应用中的发展现状，为中国实现人工智能在3D打印技术的应用提供参考。

关键词：人工智能;3D打印;专利;现状

一、引言

人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。而3D打印技术又被称为增材制造技术，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。从人工智能的研究领域可以看出，人工智能可以应用到3D打印技术的各个环节，从而提高3D打印的工作效率，甚至将给制造业带来全新变革。

二、国外人工智能在3D打印技术中的应用现状

通过对检索的国外重点专利申请统计分析， WO2017156568A1公开了一种3D打印权限管理和认证系统，所述权限管理系统包括存储在存储设备上的数据库，所述数据库可由打印装置访问并且包括一个或多个物体记录，其中每个物体记录包含与已知三维物体的一个或多个物理特性相关的数据。 权限管理系统还包括扫描装置，其适于扫描要由打印设备打印的源三维物体，并生成定义源三维物体的一个或多个物理特性的输入数据集。 所述权限管理系统还包括微处理器，所述微处理器包括适于执行匹配算法的控制逻辑，其中所述匹配算法被配置为将所述输入数据集与所述或每个对象记录中的数据进行比较，并计算所述或每个对象记录的相似性得分。 每个相似性分数指示源三维对象与对应于相关对象记录的已知三维对象相似的程度。WO2020026131A1公开了一种用于条件3D打印的共享平台，其包括：处理平台，其被布置用于制作待3D打印的设计;共享平台，被配置为以有条件的方式共享所述设计;3D打印机，其可配置用于打印所述设计;用户处理器，被配置为与所述共享平台或所述3D打印机通信;其中，所述共享平台接收基于设计选择制作的要3D打印的所述设计，所述设计选择标识对应属性; 以及根据授权参数的针对所述设计的3D打印授权请求;其中，所述共享平台被配置为处理所接收的请求并生成打印授权;其中，所述共享平台被配置为接收3D打印指令请求，控制所述3D打印指令请求的一致性，并且根据所生成的用于发送打印指令的确认来生成打印指令。EP3495904A1公开了一种用于预测3D打印过程中制造产品的制造参数的方法，包括以下步骤：将制造产品的构造数据和与所述制造产品相关的制造参数存储在数据库中;所述测试数据表示所述先前制造的产品的至少一种材料特性;利用机器学习方法将所述制造产品的测试数据与所述构造数据和所述制造参数相关联;通过向所述经训练的机器学习方法馈送所述期望的材料特性来确定用于所述待制造的产品的设置参数，所述期望的材料特性返回所述待制造的产品的制造参数。

国外3D打印技术起步早，已经形成规模化产业，以美国为例，2019年美国3D打印产业规模占全球比重40.4%，发达国家在人工智能与3D打印技术的融合研究、技术储备和产业化利用方面具有一定的优势，从上述重要专利中也可以看出，人工智能技术已广泛应用到3D打印技术的各个环节，发达国家在人工智能与3D打印技术方面的自主创新和研发能力较强。

三.国内人工智能在3D打印技术中的应用现状

国内在人工智能与3D打印技术结合的研究主要集中在企业和大专院校，人工智能主要应用在与3D打印结合的医疗领域、机械零件加工等领域。

通过对检索的重点专利申请统计分析，CN112451034A公开了一种人工智能辅助设计3D打印的膝关节置换截骨导向器，通过人工智能辅助设计3D打印的膝关节置换截骨导向器与患者骨头契合度较高，容易固定，定位更精确，方便截骨，进而便于膝关节置换，有效降低医护人员的工作强度，进而提高手术的成功率，以及改善患者术后的恢复。CN105678845A公开了一种基于有限元分析的3D打印个性化建模方法，以人体三维几何统计模型为基础，根据CT图像建立符合患者特殊要求的准确的人工假体、固定件和人体组织一体化模型;通过有限元分析方法，分析假体在真实人体内部的力学形态变化，为假体的科学的位置安放、固定件大小设计、假体镂空和受力形变及假体植入手术评鉴分析优化提供科学数据。最后，设计集成假体自动建模和假体结构优化的面向3D打印的配套软件，实现3D打印假体模型。通过建立符合实际需求的个性化假体模型，并且对在建立过程中对假体模型进行了力学与可用性分析，使假体模型能更好地适用于患者。CN111113903A公开了一种基于人工智能的面向3D打印微纳器件的自动校准方法，将校准标尺原始STL文件导入打印机，进行常规打印机校准后打印出校准标尺，所述的校准标尺带有多种三维模型，用于后续的校准;自动运行的图像识别程序使用神经网络对打印机打印出来的校准标尺进行识别，并根据参照物精确计算出打印机所打印出来的实际尺寸;自动校准程序根据图像识别程序给出的结果自动进行打印机中的三维模型的尺寸校准，并给出模型修改建议，减少资源浪费，降低人力物力成本。

虽然目前国内针对人工智能与3D打印技术的结合取得了一定的研究进展，由于国内的3D打印产业起步较晚，尚未实现大规模的工业推广应用，因此，国内人工智能与3D打印技术结合的研究更多停留在试验研究和小规模应用阶段，与国外的发达国家相比，针对人工智能与3D打印技术的研究深度和产业化利用等方面还存在一些差距。

四、结语

本文从专利分析的视角梳理国内外人工智能在3D打印技术领域的应用研究专利申请现状，帮助国内技术研发人员快速了解该领域的技术发展现状，针对人工智能与3D打印技术的融合研究、技术储备和产业化利用方面的短板，为国内研发主体在人工智能技术和3D打印技术深度融合方面提供技术参考。

参考文献

[1] 鱼滨等. 基于有限元分析的3D打印个性化建模方法[P]. 中国专利：CN105678845A， 20160615.

[2] 王骏超. 基于人工智能的面向3D打印微纳器件的自动校准方法[P]. 中国专利：CN111113903A，20200508.

[3] 刘志军等. 一种面向装备零件仿制的3D打印系统及方法[P]. 中国专利：CN107745123A， 20180302..

[4] 陈宣煌. 一种人工智能辅助设计3D打印的膝关节置换截骨导向器[P]. 中国专利：CN112451034A，20210309.

附注：本文章第二作者张庆栋在文章撰写中贡献较大，等同第一作者。