在航空航天和醫(yī)療器械等領(lǐng)域，復(fù)雜零部件的生產(chǎn)往往面臨巨大挑戰(zhàn)，但3D打印技術(shù)的出現(xiàn)提供了有效解決方案。與傳統(tǒng)零件制造方法相比，3D打印具有更高的設(shè)計(jì)自由度、更強(qiáng)的復(fù)雜形狀制造能力以及更高的效率。當(dāng)前，增材制造技術(shù)正被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括航空航天、醫(yī)療健康、汽車工業(yè)、消費(fèi)品、建筑和教育等。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)VoxelMatters的報(bào)告，2023年使用3D打印制造的消費(fèi)品零件數(shù)量達(dá)到近3700萬(wàn)件，較2022年增長(zhǎng)23%。僅2023年，聚合物3D打印就生產(chǎn)了1680萬(wàn)個(gè)零件，而金屬3D打印則生產(chǎn)了36.4萬(wàn)個(gè)零件。例如，俄羅斯克里莫夫公司（Klimov）的VK-650V和VK-1600V直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，包括殼體零件和噴油器在內(nèi)的15%的零部件均由3D打印機(jī)制造。

然而，西安交通大學(xué)未來(lái)技術(shù)和學(xué)院的陳雪峰教授對(duì)3D打印提出了警示。他表示：在大規(guī)模生產(chǎn)中，增材制造技術(shù)面臨著質(zhì)量不穩(wěn)定、缺陷難以實(shí)時(shí)檢測(cè)等問(wèn)題，這阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。該校機(jī)械工程學(xué)院張興武教授指出，制造質(zhì)量的一致性是實(shí)現(xiàn)增材制造大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

目前大多數(shù)工藝仍處于“盲操作”狀態(tài)，加工質(zhì)量無(wú)法實(shí)時(shí)獲知，只能通過(guò)CT掃描等離線方式在制造完成后進(jìn)行評(píng)估。如果零件不達(dá)標(biāo)，只能報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失并浪費(fèi)數(shù)月時(shí)間，其中的一位研究員舉例說(shuō)，一個(gè)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)零件可能價(jià)值數(shù)百萬(wàn)元。如果在一次3D打印后發(fā)現(xiàn)氣孔等缺陷，整個(gè)零件就會(huì)失效，導(dǎo)致巨大浪費(fèi)。

陳雪峰認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)增材制造的大規(guī)模生產(chǎn)，需要在全國(guó)甚至全球范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的質(zhì)量體系。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持下，陳雪峰團(tuán)隊(duì)過(guò)去幾年開(kāi)發(fā)了一套基于激光的增材制造監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

據(jù)張興武介紹，這些技術(shù)涉及快速測(cè)量、精準(zhǔn)判斷和穩(wěn)定控制。由于金屬增材制造過(guò)程中狀態(tài)變化極快，需要快速獲取實(shí)時(shí)信息。在大規(guī)模生產(chǎn)中，必須對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵步驟進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)。這套激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。這意味著檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)可以立即干預(yù)，從而最大限度降低成本。這項(xiàng)結(jié)合人工智能的技術(shù)將識(shí)別精度和可靠性提升至95%。

陳雪峰表示：人工智能驅(qū)動(dòng)的圖像識(shí)別技術(shù)穩(wěn)定了算法，使系統(tǒng)能夠快速?gòu)臄?shù)據(jù)中歸納規(guī)律。目前該系統(tǒng)正逐步投入應(yīng)用，主要面向航空航天領(lǐng)域，并已出口至奧地利等國(guó)家?，F(xiàn)在企業(yè)采購(gòu)增材制造設(shè)備時(shí)，通常會(huì)配套購(gòu)置相應(yīng)數(shù)量的激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

張興武強(qiáng)調(diào)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)提升質(zhì)量一致性至關(guān)重要。包括美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）在內(nèi)的多家機(jī)構(gòu)，都在官方技術(shù)文件中持續(xù)強(qiáng)調(diào)其重要性。