科技日報訊 （記者張佳欣）美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研究人員開發出一種利用攝像頭和人工智能（AI）檢測3D打印質量的系統，在打印過程中，3D打印機可逐層“檢查”自己制造的零部件，並及時發現斷絲、尺寸異常等細微缺陷。研究人員表示，這有望在零部件完成打印前發現問題，減少后續檢測時間和成本。該方法也可應用於其他先進制造技術、傳統減材制造工藝和實驗系統。相關研究發表於最新一期《npj先進制造》雜志。

　　這套系統主要用於直接墨水書寫技術。這種3D打印技術通過噴嘴將柔軟或糊狀材料擠出，形成細小的絲狀結構，再按照設計好的路徑一層層堆疊。對於一些復雜的緩沖墊和襯墊來說，打印絲的粗細和排列方式會影響零部件性能，微小的間隙、斷絲或直徑變化都可能導致問題。

　　過去，通常要等打印完成后，將零部件取下來，通過X射線成像、機械測試等方法進行檢查。這些方法耗時、成本較高。新系統把檢測提前到了打印過程中。攝像頭會拍下每一層材料沉積形成的圖像，軟件從圖像中識別出剛剛打印出的絲狀結構，並測量其直徑等尺寸。這樣，在打印過程中即可發現斷絲或尺寸異常等問題。研究人員說，這相當於給打印機裝上了“眼睛背后的大腦”：攝像頭負責觀察，AI幫助分析圖像並作出判斷。

　　研究人員利用近1.5萬張人工標注圖像訓練機器學習模型，並在55個零部件上進行了測試。結果顯示，自動測量結果通常與人工測量結果相差僅幾微米。人工測量一張大型圖像可能需要20分鐘至1小時，而自動化分析隻需幾毫秒，平均速度約為人工測量的10萬倍。

　　為驗証系統能力，研究人員還檢測了一個約25厘米×25厘米的緩沖墊。他們從其中一層採集約2500張圖像，並據此繪制零部件內部結構的空間分布圖。結果發現，打印絲直徑從一側向另一側逐漸變化。進一步分析表明，這可能是因為打印平台相對於噴嘴存在輕微傾斜。這一問題如果隻看整個零部件的平均尺寸，很難被發現。

　　研究人員表示，X射線計算機斷層掃描（CT）能提供詳細的三維結構信息，但對於尺寸較大的復雜零部件，高分辨率檢測能力受到限制。而安裝在打印機上的攝像頭可在制造過程中持續獲取信息，也能檢查一些難以進行完整CT掃描的大型零部件。