3D打印技术已经不是新鲜事物，从简单打印到如今广泛用于各行各业，3D已经走进我们生活中、校园里。可要自己去操作3D打印机，却往往遇上不小的问题。同学们都喜欢吃口感劲道、弹牙爽口的意大利面，可是在3D打印中常常碰到因为一丁点儿小问题而缠绕在模型上如意大利面般毛细状异性细丝时，内心抓狂、崩溃的场景无不令人印象深刻。于是，我尝试用人工智能的手段辅助3D打印解决这个问题——“拒绝意大利面”，及时止损。

“毛细状意大利面”

我们打印了几百个校庆小熊

七年级3D打印课带我进入一个全新的世界，我被它的神奇魔法深深吸引。学校170周年庆3D打印社为每位老师准备了一个3D打印熊，几百个小熊就是我和其他社员一个个亲自操作打印出来的，那段时间课间休息我们总是躲在3D打印教室查看成品，当时次品、废品特别多，浪费了大量的耗材、时间。也就是在那时我开始思考如何避免这么多失败的成品。

周末我上网搜索，发现有很多人和我一样经常会打印失败，即使是经验丰富的高手也无法避免失误，甚至我还看到因3D打印失败而引起火灾的新闻。于是，我对3D打印不再停留在觉得好玩的好奇状态，而是开始认真对待，并进行深入研究。

经过调查发现，打印失败的原因有以下几种情况：1.准备打印的模型本身有结构上的问题；2.切片时打印机型号不正确、未加支撑等；3.打印机平台未调平、打印机喷头、热床温度没有调整好。

于是，我构想能不能开发一种设备，遇到由于打印机参数设计不正确或者其他原因造成的打印失败的情况时，能够对打印机及时控制，如降低温度或断电等来中断打印，可能的话实时通知机主，及时调整打印参数，提高打印效率。

人工智能上场

通过老师的指点我在知网、中国专利网、视频网站、购物平台上的查找了相关的专利、论文，发现大部分的专利和学术研究集中在光固化3D打印机和生物3D打印机，对于初学者使用的FDM类型的3D打印机的研究少之又少。

我觉得3D打印技术逐渐在普及，对于初学者来说，如何解决他们将面临的问题很关键，这样能保护他们的学习热情。于是，我开始思索如何让3D打印机变得更聪明。

我认为目前困扰各位3D打印玩家的最大问题就是打印失败时无法及时知晓并重新打印。重新打印需要把打印废料拆掉，这让机器自己完成不太现实，所以我准备先使机器能够识别出打印失败并自动关机。接着我思考了我们人类是如何判断打印失败的。每次我来到3D打印教室，远远就可以看到每台机器的打印情况，而一旦发现“意大利面”就会知道打印失败了。“意大利面”弯弯曲曲的，很有特点，图像识别程序一定能够准确识别。所以我就想训练一个图像识别模型，让其识别到“意大利面”时就控制打印机停止打印，并通知机主。

我们终于做出了更智能的3D打印机

我们在解决方案上进行了各种尝试，首先是自己训练图像识别模型，训练过程中发现需要的数据集照片很难找，并且要一张张标注，在训练完成后的测试过程中也看出我们的数据集数量实在太少了，检测精度还不到30%，完全不符合我们的需求。又在视频网站上，某个博主评论区发现，有一个octoprint系统，其中有可以识别3D打印失败的插件，我们使用树莓派安装并成功运行了octoprint系统，成功在浏览器上查看打印质量。花了长时间配置，但是实际使用中发现天下没有免费的午餐，这个插件加上部署的树莓派平台比打印机的价格都贵。

经过多次的尝试，发现问题的根本还是检测模型的问题，我需要一个更加精准的模型，来进行检测和判断。我们在开源网站github网站找到了一个大神，请教后获得了一个通过上万张图片训练的数据集，我们配置好调用模型所需要的环境，成功运行了检测程序，利用模型成功完成检测。

解决完图像检测的难题后，我们连接可以通过WiFi传输视频的ESP-CAM，完成了视频的读取，利用yoloV5程序算法判断结果是否有“意大利面”出现，通过继电器进行打印设备管理，完成了制作。

在测试视频传输功能时，前一天回家前调试好设备，连接好线路，让打印机运行一个晚上采集信息，第二天收集数据时发现没读取到摄像头，经过一遍又一遍各种检查，后来才发现原来时是摄像头的线被折坏了，虚惊一场。随后购买了新的摄像头再重新开始。

对未来的展望

在学校我抓紧课堂45分钟，跟着老师的思路走，提高听课效率，课后合理安排时间，及时高效完成作业。课余我有充足的自我发展的时间，印象最深的是2023年元旦放假，同学们都相约出去玩，我还在实验室里测试主板，调试程序，晚上8点多才离开实验室，寒冷的空气铺面而来，虽然很辛苦，但内心非常充实。每天一点点进步的日子让我

这次探究对我是一种全新的挑战，不仅锻炼了我发现问题、解决问题的能力，提高了我的动手能力，更加磨练了我的意志、心态，让我明白任何成功都是一步一个脚印、踏踏实实探索出来的。向后我会进一步探索更多建模与3D打印的知识，在实践中总结出新的技巧，为更多的3D打印玩家与新人提供帮助，继续走下去。

讲述人：上海市徐汇中学 张天乐

指导老师：史莉莉

配图由张天乐提供

青创赛现场留影

2023年元旦在实验室测试主板

校庆时我和同学打印的小熊，也正是它们触动了我作这个课题的念头

发布：许贞 

监制：曾宪一