普渡大學(xué)獲美能源部80萬美元，利用人工智能推進(jìn)3D打印核反應(yīng)堆的發(fā)展

2020年9月8日，南極熊從外媒獲悉，普渡大學(xué)從美國(guó)能源部（DoE）獲得了80萬美元的撥款，用于加速3D打印核反應(yīng)堆堆芯的開發(fā)。

這筆撥款將使普渡大學(xué)的工程師成為反應(yīng)堆（TCR）示范項(xiàng)目的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者，據(jù)悉該項(xiàng)目由橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，旨在利用定向能量沉積(DED)技術(shù)，在2023年前建造并推出世界上第一個(gè)3D打印微反應(yīng)器。具體來說，普渡大學(xué)將參與開發(fā)一種新型的人工智能模型，以確保微反應(yīng)器關(guān)鍵部件的核級(jí)質(zhì)量。

該項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人、普渡大學(xué)核工程副教授Hany Abdel-Khalik解釋說："普渡將填補(bǔ)核工業(yè)的技術(shù)空白，反映了應(yīng)用人工智能支持增材制造的大趨勢(shì)。增材制造可以在制造過程中調(diào)整設(shè)計(jì)，大大降低生產(chǎn)成本和時(shí)間。我們的工作旨在通過使用人工智能驅(qū)動(dòng)的軟件系統(tǒng)，推動(dòng)增材制造反應(yīng)堆組件的廣泛采用，以確保安全性和可靠性。"

△直接沉積不銹鋼以3D打印核反應(yīng)堆組件的熱成像，來自O(shè)RNL/美國(guó)能源部

美國(guó)的核反應(yīng)堆

微反應(yīng)堆是一種新型的核反應(yīng)堆，其特點(diǎn)是靈活性和通用性--這些特點(diǎn)通常在大型反應(yīng)堆系統(tǒng)中找不到。目前，美國(guó)20%的電力供應(yīng)來自核能，但所有提供電力供應(yīng)的反應(yīng)堆都是基于70年前的輕水技術(shù)。一旦投入運(yùn)行，TCR微反應(yīng)堆將成為四十多年來該國(guó)第一個(gè)運(yùn)行的先進(jìn)反應(yīng)堆。

Abdel-Khalik補(bǔ)充道："微型反應(yīng)堆為核工業(yè)引入了一個(gè)變革性的趨勢(shì)--這一趨勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)化的建設(shè)和部署流程，以解決國(guó)家的能源挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)僅靠大型核反應(yīng)堆是無法克服的。"

3D打印、人工智能和核科學(xué)的結(jié)合

該項(xiàng)目的核心目標(biāo)之一是鼓勵(lì)在核工業(yè)中使用3D打印、計(jì)算建模和AI。橡樹嶺希望這項(xiàng)工作還能顯著降低制造成本和交貨時(shí)間，同時(shí)提高安全性和增加可獲得性。

普渡大學(xué)稱在核工程、材料、數(shù)據(jù)分析和模擬方面有著深厚的專業(yè)知識(shí)，因此工程部門非常適合這個(gè)項(xiàng)目。據(jù)聯(lián)合首席研究員Xingghang Zhang介紹，該大學(xué)的人工智能模型將利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)，這是三種基本機(jī)器學(xué)習(xí)范式之一。利用該模型，研究人員將能夠以自動(dòng)化的方式微調(diào)和優(yōu)化增材制造工藝參數(shù)，如打印速度和熔化溫度。

橡樹嶺TCR項(xiàng)目主任Kurt Terrani總結(jié)道："增材制造和AI技術(shù)的同步應(yīng)用是提供數(shù)據(jù)最豐富、最具成本效益的核部件鑒定流程的關(guān)鍵。這是TCR項(xiàng)目的關(guān)鍵目標(biāo)之一：利用現(xiàn)代技術(shù)提供一種新的、更好的方式來部署核能。"

△原型反應(yīng)堆的3D打印組件，圖片來自Britanny Cramer/ORNL/美國(guó)能源部

近年來，人工智能在增材制造中的應(yīng)用真正開始起步，無論是在學(xué)術(shù)界還是在工業(yè)界。就在上個(gè)月，來自阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員利用實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，配合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，在激光粉末床熔融過程中，在熱歷史和表面下缺陷的形成之間建立了相關(guān)聯(lián)系。一旦模型被充分建立起來，科學(xué)家們就能夠純粹根據(jù)后續(xù)構(gòu)建的溫度曲線來預(yù)測(cè)缺陷的形成。

在意大利，醫(yī)療植入物制造商REJOINT利用人工智能將大規(guī)模定制和治療個(gè)性化引入其產(chǎn)品中。該公司已經(jīng)開始使用GE Additive EBM技術(shù)和計(jì)算機(jī)分析術(shù)中和術(shù)后數(shù)據(jù)，為患者制造個(gè)性化的膝關(guān)節(jié)植入物。


編譯自：3dprintingindustry