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Nature子刊:利用人工智能克服LPBF TC4鈦合金的強塑性權(quán)衡挑戰(zhàn)

軟件設(shè)計算法
2025
02/28
21:32
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2025年2月28日,南極熊獲悉,由韓國第一所研究型科學(xué)技術(shù)研究生院韓國科學(xué)技術(shù)院 (KAIST)的 Seungchul Lee 教授和POSTECH的 Hyoung Seop Kim 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊利用人工智能解決了 Ti-6Al-4V 合金的強度-延展性權(quán)衡問題

KAIST 是韓國第一所研究型科學(xué)技術(shù)研究生院,POSTECH 的研究人員預(yù)計在 2024 年將達(dá)到 900 名。研究團(tuán)隊利用人工智能解決了 Ti-6Al-4V 合金的強度-延展性權(quán)衡問題。通過預(yù)測機械性能并提供不確定性數(shù)據(jù),新方法能夠生產(chǎn)出具有優(yōu)異強度和延展性的金屬產(chǎn)品。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院博士生 Jaejung Park 和教授 Seungchul Lee、浦項科技大學(xué)的教授 Hyoung Seop Kim 和浦項科技大學(xué)的碩士博士生 Jeong Ah Lee。照片來源:韓國科學(xué)技術(shù)研究院

李教授說:“在這項研究中,通過優(yōu)化 3D 打印工藝參數(shù)和熱處理條件,我們能夠以最少的實驗次數(shù)開發(fā)出高強度、高延展性的Ti-6Al-4V 合金。與之前的研究相比,我們生產(chǎn)出了一種具有相似極限抗拉強度但總伸長率更高的合金,以及一種具有相似伸長率但極限抗拉強度更高的合金!

這項研究以題為“Active learning framework tooptimize process parameters for additive-manufactured Ti-6Al-4V with highstrength and ductility”的論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上,由韓國政府撥款資助韓國國家研究基金會,以及韓國科學(xué)技術(shù)信息通信技術(shù)部支持的納米和材料技術(shù)發(fā)展計劃。



激光粉末床熔融研究:新發(fā)現(xiàn)

激光粉末床熔融技術(shù)常用于生產(chǎn) Ti-6Al-4V 合金,這種合金因其強度和生物相容性而聞名。然而,由于潛在的工藝組合范圍廣泛,創(chuàng)建具有高強度和延展性的 3D 打印版本一直具有挑戰(zhàn)性。

為了解決這個問題,研究團(tuán)隊開發(fā)了一個主動學(xué)習(xí)框架,探索各種 3D 打印參數(shù)和熱處理條件。人工智能模型預(yù)測拉伸強度和伸長率,同時評估這些預(yù)測的不確定性。然后通過 3D 打印和拉伸測試驗證模型的建議,以獲得有關(guān)材料特性的進(jìn)一步數(shù)據(jù)。

實驗總體流程示意圖

這些新數(shù)據(jù)被納入額外的AI模型訓(xùn)練中。經(jīng)過五次迭代改進(jìn),確定了最佳工藝參數(shù)和熱處理條件。最終3D打印的Ti-6Al-4V合金的抗拉強度達(dá)到1190 MPa,伸長率為16.5%,成功克服了強度-延展性的挑戰(zhàn)。

李教授解釋說,將這種方法應(yīng)用于熱導(dǎo)率和熱膨脹等其他特性,將可以更有效地探索 3D 打印工藝參數(shù)和熱處理條件。

主動學(xué)習(xí)框架。圖片來源:KAIST

增材制造中的人工智能

人工智能正在推動增材制造的重大進(jìn)步。專注于人工智能驅(qū)動的增材制造解決方案的公司1000Kelvin推出了AMAIZE 2.0,這就是其中一項努力。這一解決方案標(biāo)志著金屬激光粉末床熔融 (LPBF) 工藝的重大改進(jìn),旨在提高不同行業(yè)制造商的可靠性、效率和可擴(kuò)展性。

另一項進(jìn)展是,專門從事 3D 打印軟件的公司Dyndrite推出了SMART Python 腳本,可自動遵守增材制造中的 ASTM/ISO 標(biāo)準(zhǔn)。腳本與 Dyndrite 的 LPBF Pro 軟件集成,可生成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 3D 打印布局,從而節(jié)省高達(dá) 99% 的勞動力并減少人為錯誤。曾經(jīng)需要一周多時間才能完成的任務(wù)現(xiàn)在只需幾分鐘即可完成。


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