計算工程技術(shù)為金屬3D打印商業(yè)航天/液冷帶來數(shù)字革命，集棧創(chuàng)始人專訪

南極熊導(dǎo)讀：商業(yè)航天、液冷領(lǐng)域等領(lǐng)域的高性能零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，非常復(fù)雜，傳統(tǒng)工藝無法制造，只有3D打印技術(shù)才能勝任。如果從設(shè)計上進(jìn)行優(yōu)化突破，使得性能得以大幅提升，那么就可以發(fā)揮3D打印技術(shù)的優(yōu)勢，從而推動3D打印行業(yè)的發(fā)展。所以，南極熊特別進(jìn)行了一場專業(yè)度非常高的采訪，高到很多采訪內(nèi)容南極熊也未能完全理解。

在2025亞洲TCT展會聚光燈下，航空航天和能源板塊的展臺前持續(xù)聚集著專業(yè)觀眾——在展品不僅包含用于能源領(lǐng)域的具有仿生特征的熱交換模組，也展出了航天領(lǐng)域許多的核心零部件。那么在設(shè)計端，如何結(jié)合增材制造實現(xiàn)這些復(fù)雜構(gòu)型的打印設(shè)計呢？

上海集�？萍紕�(chuàng)始人林一祎向南極熊透露："我們在2024年經(jīng)歷了‘8次火箭引擎7次成功點(diǎn)火’，我們正在致力于通過計算工程（Computational Engineering）技術(shù)將航天零部件設(shè)計迭代周期從年縮短至分鐘級。"

△南極熊專訪林一祎（右）

這家位于上海的高科技軟件企業(yè)，已協(xié)同國內(nèi)外優(yōu)秀企業(yè)和團(tuán)隊，對金屬3D打印與計算工程的融合推向新高度作出努力。其與合作伙伴一起打造的計算工程AI大數(shù)據(jù)庫，已積累了包含商業(yè)航天知識體系、熱管理知識體系、火箭點(diǎn)火測試數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，將賦能更多的商業(yè)航天企業(yè)設(shè)計研發(fā)體系升級。

一、從金融到航天：跨界創(chuàng)業(yè)的初心與決心

林一祎是一位年輕的女性創(chuàng)業(yè)者，她的創(chuàng)業(yè)故事充滿了跨界與創(chuàng)新的色彩。在創(chuàng)業(yè)之前，林一祎在其他行業(yè)工作。然而，她對新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的熱愛促使她決定跨界進(jìn)入實業(yè)領(lǐng)域。她敏銳地意識到，隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是金屬3D打印的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，一個全新的工業(yè)設(shè)計時代即將到來。

林一祎表示：“3D打印，特別是金屬3D打印，現(xiàn)在已經(jīng)有一些產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，它的前景非常好。另外，就涉及到我們公司的計算工程技術(shù)。它能夠很好的設(shè)計、快速地迭代整個商業(yè)航天復(fù)雜零部件，比如說火箭的渦輪增壓泵、轉(zhuǎn)向閥這種非常復(fù)雜構(gòu)件的設(shè)計迭代，可以助力整個商業(yè)航天在設(shè)計端的迭代速度，所以我對這塊非常感興趣。而且，覺得我們中國的商業(yè)航天接下來的前景也非常的好，希望能夠在這一領(lǐng)域做出一點(diǎn)小小的貢獻(xiàn)�！�

二、根植商業(yè)航天：解構(gòu)計算工程的賦能火箭設(shè)計背后的邏輯

在傳統(tǒng)的航天器設(shè)計過程中，一個新的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)可能需要長達(dá)一年的時間來完成設(shè)計、仿真、測試和優(yōu)化。然而，上海集�？萍�基于計算工程的智能算法，讓這一過程縮短到幾十分鐘，極大地提高了火箭設(shè)計的迭代效率。

“計算工程的核心在于將數(shù)學(xué)函數(shù)寫入計算機(jī)程序，讓計算機(jī)自動生成結(jié)構(gòu)�！绷忠坏t解釋道，這種方法不僅減少了人工計算的錯誤，還能快速調(diào)整設(shè)計方案，探索最優(yōu)解。

上海集棧科技的計算工程技術(shù)在航天發(fā)動機(jī)設(shè)計中的三大應(yīng)用：

(1)   優(yōu)化熱管理系統(tǒng)：最大化比表面積，最小化壓損，提高換熱效率。

(2)   迭代推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：將傳統(tǒng)工程師的經(jīng)驗數(shù)據(jù)輸入AI模型，實現(xiàn)高效優(yōu)化。

(3)   自動生成仿生結(jié)構(gòu)：通過數(shù)學(xué)建模，使發(fā)動機(jī)具備更高效的流體動力學(xué)特性。

"傳統(tǒng)航天設(shè)計如同手工刺繡，我們的方法則是智能織布機(jī)。"林一祎用比喻闡釋技術(shù)革新。以液氧煤油火箭發(fā)動機(jī)渦輪泵集成化設(shè)計為例：

維度	傳統(tǒng)模式	計算工程模式
迭代周期	6-12個月	45分鐘
設(shè)計變量	有限參數(shù)	多任務(wù)參數(shù)
制造驗證	物理樣機(jī)測試	數(shù)字孿生+小批量試制驗證
知識傳承	工程師經(jīng)驗傳承	結(jié)構(gòu)化工程AI庫

傳統(tǒng)航天設(shè)計VS計算工程：設(shè)計范式的代際跨越

這種轉(zhuǎn)變源于底層技術(shù)架構(gòu)的革新。集棧科技將航天工程學(xué)、物理驗證等數(shù)據(jù)代碼化，構(gòu)建了包含多個核心算法的航天、能源行業(yè)專用模塊庫。

當(dāng)然，上海集�？萍疾粌H停留在理論階段，還在實際測試中驗證了計算工程設(shè)計的有效性�！�2024年我們進(jìn)行了8次點(diǎn)火測試，成功了7次。失敗的那一次的材料是我們用鋁合金進(jìn)行非常前沿的探索，主要是為了獲取材料的性能反饋，未來鋁合金如果能用在商業(yè)航天上也是一個非常大的飛躍�！绷忠坏t介紹，這些測試數(shù)據(jù)反哺到計算模型中，使得設(shè)計迭代更加精準(zhǔn)高效。

在2024年8月的連續(xù)點(diǎn)火實驗中，其中一體化氣動塞式火箭發(fā)動機(jī)有著優(yōu)良的表現(xiàn)，它具有外觀簡潔內(nèi)部復(fù)雜、一體化、增重適中、優(yōu)良熱管理體系等優(yōu)勢，并且通過優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計迭代，提升了燃料的燃燒效率，使得燃料的需求量下降，抵消了由于結(jié)構(gòu)而增加的重量。該結(jié)構(gòu)設(shè)計思路：

(1)   計算工程允許工程師在幾分鐘內(nèi)從抽象的輸入規(guī)格（如推進(jìn)劑類型、期望推力、壓力狀態(tài)包括不限于環(huán)境壓力，目標(biāo)出口壓力，最大噴嘴膨脹，最大噴嘴直徑等參數(shù)），從而重新計算等熵流動條件和火箭方程，直到找到合適的解，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為可制造的發(fā)動機(jī)文件。

(2)   依據(jù)制造工藝設(shè)定最小壁厚。

(3)   進(jìn)行集成化設(shè)計。

"我們正在一步步攻克銅合金打印、一體化設(shè)計、低成本研發(fā)、熱管理等方面的挑戰(zhàn)。"林一祎解釋到。這將為商業(yè)航天降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期、實現(xiàn)低成本設(shè)計制造帶來優(yōu)勢。

這些測試主要應(yīng)用于液氧煤油發(fā)動機(jī)，也已經(jīng)探索液氧液氫、液氧甲烷等新型燃料，并且已經(jīng)在進(jìn)一步探索中大型發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同航天任務(wù)的需求。

三、熱管理與液冷結(jié)構(gòu)：航天與算力的技術(shù)共振

計算工程在液冷系統(tǒng)中同樣發(fā)揮了巨大作用。在上海集棧與易加三維聯(lián)合展示的異形流道構(gòu)件中，南極熊看到了到技術(shù)遷移的典型案例。例如，航天場景中的液氧甲烷燃料異性冷卻通道，以及AI算力場景中的AI服務(wù)器相變液冷散熱模組。

"兩者都追求最大比表面積/最小壓損的終極平衡。"林一祎指出。比如通過植入斐波那契數(shù)列，使其最新熱交換器設(shè)計較傳統(tǒng)設(shè)計在提升換熱效率的基礎(chǔ)上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，并且可以進(jìn)行快速設(shè)計迭代，這正是計算工程跨領(lǐng)域賦能的典范。

目前，高性能計算（HPC）和AI算力越來越火，服務(wù)器的功耗也越來越大，傳統(tǒng)風(fēng)冷已經(jīng)無法滿足需求，而液冷技術(shù)成為高端計算設(shè)備的關(guān)鍵解決方案。林一祎也指出，未來隨著AI算力需求持續(xù)增長，計算工程將在數(shù)據(jù)中心、超級計算機(jī)等行業(yè)的冷卻系統(tǒng)中扮演越來越重要的角色。

目前，上海集棧科技利用計算工程技術(shù)，在液冷零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計上已經(jīng)實現(xiàn)了以下優(yōu)化案例：

(1)   基于數(shù)學(xué)函數(shù)生成冷卻結(jié)構(gòu)，確保冷卻液最大化接觸散熱表面，提高冷卻效率。

(2)   優(yōu)化液冷通道布局，減少液體流動阻力，實現(xiàn)最小的能量損耗。

(3)   仿生學(xué)優(yōu)化熱交換系統(tǒng)，例如借鑒自然界斐波那契數(shù)列的排列方式，提升換熱效率。

四、跨行業(yè)啟示：從太空到細(xì)胞，計算工程如何助力再生醫(yī)學(xué)？

除了航天和液冷設(shè)備等太空應(yīng)用案例，上海集�？萍歼�在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了探索。林一祎介紹，計算工程可用于開發(fā)仿生結(jié)構(gòu)，例如仿生血管支架設(shè)計、模擬肺泡、骨骼晶格等，大幅提高醫(yī)學(xué)植入物的生物相容性。

具體的應(yīng)用案例包括：

(1)   優(yōu)化人工骨結(jié)構(gòu)：通過晶格結(jié)構(gòu)模擬松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨，提高植入物的力學(xué)性能。結(jié)合3D打印，實現(xiàn)更輕量化、強(qiáng)度更高的植入材料。

(2)   模擬肺泡血管壁：采用泰森多邊形算法模擬血管分布，提高人工器官的細(xì)胞生長能力�？捎糜谏�物芯片和類器官實驗，幫助醫(yī)學(xué)科研和藥物測試。

(3)   開發(fā)生物分離結(jié)構(gòu)：利用計算工程優(yōu)化血清分離裝置，提高分離效率，減少細(xì)胞損傷。

"肺泡仿生結(jié)構(gòu)的跨尺度建模，與火箭噴注器設(shè)計存在驚人的算法共性。"這種技術(shù)遷移正在創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)迭代思路與價值。

南極熊觀察當(dāng)計算工程遇見金屬增材制造，商業(yè)航天正經(jīng)歷從"經(jīng)驗驅(qū)動"到"算法驅(qū)動"的范式革命。上海集�？萍嫉奶剿鞅砻鳎�通過構(gòu)建"設(shè)計-制造-驗證-優(yōu)化"的數(shù)字閉環(huán)，中國商業(yè)航天完全可能在關(guān)鍵部件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。正如展臺上那個閃耀著金屬光澤的仿生流道構(gòu)件——它既是數(shù)學(xué)公式的物化呈現(xiàn)，更是智能制造時代的航天宣言。

五、計算工程與AI的結(jié)合：推動3D打印

談及當(dāng)下發(fā)展火熱的AI技術(shù)，林一祎表示，上海集�？萍嫉挠嬎愎こ碳夹g(shù)與DeepSeek等AI大模型有一定相通之處，但側(cè)重點(diǎn)不同。諸如DeepSeek 一類的AI模型訓(xùn)練的是文本和圖片數(shù)據(jù)，用于自然語言處理和圖像生成。計算工程AI 訓(xùn)練的是工程經(jīng)驗、實驗反饋數(shù)據(jù)和物理模型，用于設(shè)計迭代和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

上海集�？萍紭�(gòu)建了一套獨(dú)特的正向開發(fā)體系，通過計算工程技術(shù)，打破傳統(tǒng)工程設(shè)計的局限，實現(xiàn)了從需求到制造的完整閉環(huán)生態(tài)。這一體系涵蓋需求輸入、多物理場耦合仿真/實測、增材工藝與材料適配、計算工程設(shè)計迭代、以及最終的驗證測試，確保了設(shè)計與制造的無縫銜接。

計算工程生成結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性，例如三周期極小曲面（TPMS）等，使其在傳統(tǒng)制造工藝中難以實現(xiàn)，而3D打印技術(shù)的興起，為這一前沿技術(shù)提供了理想的制造手段。目前，上海集�？萍荚诙鄠�領(lǐng)域利用金屬3D打印，將計算工程設(shè)計轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品，包括：

(1)   航天發(fā)動機(jī)噴嘴

(2)   AI算力服務(wù)器液冷散熱器

(3)   再生醫(yī)學(xué)植入物

(4)   工業(yè)級復(fù)雜流道結(jié)構(gòu)

……

“我們打造的是工程AI平臺，讓計算機(jī)基于歷史數(shù)據(jù)和邊界條件，自主優(yōu)化航天器、液冷系統(tǒng)及再生醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)。”她說道。這種AI+工程計算的方式，使得企業(yè)能夠在短時間內(nèi)探索更廣泛的設(shè)計可能性，大幅提高工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新速度。

上海集�？萍嫉恼�向開發(fā)體系，不僅僅是一個設(shè)計方法，更是一種全新的工業(yè)工程模式。它打破了傳統(tǒng)設(shè)計與制造的割裂狀態(tài)，實現(xiàn)了：從需求到產(chǎn)品的全流程數(shù)字化、從仿真到制造的高效閉環(huán)、從人工設(shè)計到AI優(yōu)化的智能迭代。

未來，隨著AI、3D打印、計算工程的融合加深，這種智能化設(shè)計-制造閉環(huán)模式將進(jìn)一步解鎖復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造能力，甚至可能成為高端制造行業(yè)的主流設(shè)計方式或者標(biāo)準(zhǔn)范式。

結(jié)語：計算工程正引領(lǐng)工業(yè)設(shè)計新時代

在2025年亞洲TCT展會上，上海集�？萍颊故玖似湓谏虡I(yè)航天火箭零部件設(shè)計迭代領(lǐng)域的強(qiáng)大實力。通過計算工程技術(shù)，該公司不僅大幅縮短了設(shè)計迭代時間，還為熱管理、液冷和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供了創(chuàng)新的解決方案。

通過數(shù)學(xué)建模、AI優(yōu)化和3D打印制造，計算工程正以前所未有的速度推進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品的迭代升級。隨著計算工程技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我們有理由相信，上海集�？萍寄軌蛉〉酶�大的突破，為全球工業(yè)設(shè)計帶來更多的驚喜。

厲害