3D打印+AI可以實現(xiàn)超復(fù)雜金屬件一次成型

來源：GE中國

橡樹嶺國家實驗室位于美國田納西州，最初作為美國“曼哈頓計劃”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，橡樹嶺國家實驗室正在進(jìn)行一項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計算機控制，以逐層添加的方式實現(xiàn)物體的成型。大多數(shù)打印使用塑料或其他聚合物，但橡樹嶺國家實驗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)動機零件等。通過“印刷”零件的方式取代傳統(tǒng)的機加工組裝零件，可以節(jié)省大量的時間，金錢和物品重量——這些都是制造業(yè)中最寶貴的東西。

橡樹嶺國家實驗室

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

10月，GE增材與橡樹嶺國家實驗室簽署了一項為期五年的合作研發(fā)協(xié)議，用以將實驗研究成果與GE在實際產(chǎn)品開發(fā)中的經(jīng)驗相結(jié)合。該協(xié)議延續(xù)了橡樹嶺國家實驗室與GE旗下的Arcam公司的合作。Arcam的3D打印機大小和冰箱差不多，這些打印機使用電子束將數(shù)百萬粒金屬粉晶粒焊接在一起，形成一層薄薄的金屬，來鑄造噴氣發(fā)動機零件等。

3D打印機根據(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)動機就有十幾個3D打印的部件。以前，這些部件必須由800多個零件組成，但現(xiàn)在都可以作為一個整體打印。GE的LEAP噴氣發(fā)動機的燃油噴嘴現(xiàn)在也可以作為一個整體組件被打印，而不像傳統(tǒng)的通過20個部件焊接在一起構(gòu)成。將大量小的零件精煉成一整個部件，可以大大節(jié)省重量，燃料消耗和鑄造成本。

飛機發(fā)動機的燃油噴嘴

不過，這種制造實際過程非常復(fù)雜，存在一定的出錯風(fēng)險。一點點微小的變化，比如溫度、粉末的化學(xué)性質(zhì)，甚至設(shè)備的使用年限會對最終產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。生產(chǎn)噴氣發(fā)動機零件時即使是幾分之一毫米的錯誤也可能毀壞整個機身。GE增材的高級制造副總裁Christine Furstoss對比表示：“我們?nèi)栽谂�力研究材料和機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。如何處理這項挑戰(zhàn)，將是橡樹嶺國家實驗室與GE增材現(xiàn)在以及將來的合作重心。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)計算機上的大量信息需要花費很長時間，不過橡樹嶺國家實驗室也是一臺科學(xué)超級計算機Summit的落址地，它被譽為地球上功能最強大的計算機，能夠每秒執(zhí)行200萬億次的計算。（預(yù)計到2021年，更強大的Frontier將會加入，它每秒能夠進(jìn)行五百萬億次的計算。）

“這種強大的計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。這些數(shù)據(jù)將被插入到復(fù)雜的計算機模型中，以幫助研究人員了解許多變量如何相互作用，并對程序進(jìn)行微調(diào)。這些成果也可以集成到AI驅(qū)動的軟件中，該軟件可以在生產(chǎn)過程中實時調(diào)整設(shè)備。

為了讓3D打印過程更高效，這些努力將會激勵更多公司開始選擇3D打印。Thompson說，“只需按一下按鈕，就可以推出產(chǎn)品。不過，距離這個效果，我們還有一些差距。他表示，這個行業(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)驗和人才，這就是為什么進(jìn)行對3D打印的科學(xué)研究如此重要�！�