3D打印+AI可以實(shí)現(xiàn)超復(fù)雜金屬件一次成型

來(lái)源：GE中國(guó)

橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室位于美國(guó)田納西州，最初作為美國(guó)“曼哈頓計(jì)劃”的一部分創(chuàng)造了歷史，進(jìn)行了在核反應(yīng)堆生產(chǎn)和分離鈾和钚的關(guān)鍵研發(fā)。而今天，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行一項(xiàng)可能改變世界的技術(shù)——增材制造。

增材制造也就是3D打印技術(shù)，它的基本原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，以逐層添加的方式實(shí)現(xiàn)物體的成型。大多數(shù)打印使用塑料或其他聚合物，但橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室率先使用金屬粉末進(jìn)行3D打印，金屬材質(zhì)可以用于制造耐熱耐壓的器材，例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件等。通過(guò)“印刷”零件的方式取代傳統(tǒng)的機(jī)加工組裝零件，可以節(jié)省大量的時(shí)間，金錢和物品重量——這些都是制造業(yè)中最寶貴的東西。

橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

通過(guò)與私營(yíng)企業(yè)的合作，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在研究鋼，鋁和其他金屬合金的不同應(yīng)用。GE增材設(shè)計(jì)與開發(fā)經(jīng)理Brian Thompson說(shuō)，增材制造中金屬粉末的使用還有很大潛力。

10月，GE增材與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室簽署了一項(xiàng)為期五年的合作研發(fā)協(xié)議，用以將實(shí)驗(yàn)研究成果與GE在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。該協(xié)議延續(xù)了橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與GE旗下的Arcam公司的合作。Arcam的3D打印機(jī)大小和冰箱差不多，這些打印機(jī)使用電子束將數(shù)百萬(wàn)粒金屬粉晶粒焊接在一起，形成一層薄薄的金屬，來(lái)鑄造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件等。

3D打印機(jī)根據(jù)電腦繪圖將一層一層細(xì)金屬粉末熔融成最終形狀

例如，GE的新型Catalyst渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)就有十幾個(gè)3D打印的部件。以前，這些部件必須由800多個(gè)零件組成，但現(xiàn)在都可以作為一個(gè)整體打印。GE的LEAP噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴現(xiàn)在也可以作為一個(gè)整體組件被打印，而不像傳統(tǒng)的通過(guò)20個(gè)部件焊接在一起構(gòu)成。將大量小的零件精煉成一整個(gè)部件，可以大大節(jié)省重量，燃料消耗和鑄造成本。

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴

不過(guò)，這種制造實(shí)際過(guò)程非常復(fù)雜，存在一定的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。一點(diǎn)點(diǎn)微小的變化，比如溫度、粉末的化學(xué)性質(zhì)，甚至設(shè)備的使用年限會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。生產(chǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件時(shí)即使是幾分之一毫米的錯(cuò)誤也可能毀壞整個(gè)機(jī)身。GE增材的高級(jí)制造副總裁Christine Furstoss對(duì)比表示：“我們?nèi)栽谂�力研究材料和機(jī)器的所有變化將如何影響零件的生產(chǎn)質(zhì)量�！�

為了增材制造事業(yè)的發(fā)展，工程師們需要確保其零件每次都符合嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。如何處理這項(xiàng)挑戰(zhàn)，將是橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與GE增材現(xiàn)在以及將來(lái)的合作重心。GE的一些工廠（例如意大利的Avio Aero）已在其使用的金屬粉末3D打印機(jī)上配備了傳感器，可以收集每次的生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。

分析傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的大量信息需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，不過(guò)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也是一臺(tái)科學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit的落址地，它被譽(yù)為地球上功能最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，能夠每秒執(zhí)行200萬(wàn)億次的計(jì)算。（預(yù)計(jì)到2021年，更強(qiáng)大的Frontier將會(huì)加入，它每秒能夠進(jìn)行五百萬(wàn)億次的計(jì)算。）

“這種強(qiáng)大的計(jì)算能力釋放了一些令人欣喜的潛力。我們可以更快地分析數(shù)據(jù)。” Thompson說(shuō)。這些數(shù)據(jù)將被插入到復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模型中，以幫助研究人員了解許多變量如何相互作用，并對(duì)程序進(jìn)行微調(diào)。這些成果也可以集成到AI驅(qū)動(dòng)的軟件中，該軟件可以在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備。

為了讓3D打印過(guò)程更高效，這些努力將會(huì)激勵(lì)更多公司開始選擇3D打印。Thompson說(shuō)，“只需按一下按鈕，就可以推出產(chǎn)品。不過(guò)，距離這個(gè)效果，我們還有一些差距。他表示，這個(gè)行業(yè)仍處于起步階段，“我們不像傳統(tǒng)制造業(yè)那樣，擁有50到60年的加工經(jīng)驗(yàn)和人才，這就是為什么進(jìn)行對(duì)3D打印的科學(xué)研究如此重要�！�