導(dǎo)讀：通常來講，要想認(rèn)定一款3D打印材料實(shí)用性能的優(yōu)劣與否，往往需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的應(yīng)用效果評(píng)估和豐富的數(shù)據(jù)積累才能確定，而如今，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)正在極大地縮短這一過程。南極熊認(rèn)為，如果該項(xiàng)技術(shù)成熟化，甚至可以淘汰的傳統(tǒng)“材料試錯(cuò)法”。

2022年2月22日，南極熊獲悉，增材制造數(shù)據(jù)專家Senvol展示了其機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)如何被用來加速新型航空3D打印材料的鑒定進(jìn)程。

根據(jù)美國(guó)3D打印加速器AmericaMakes簽發(fā)的合同，該公司已經(jīng)部署了Senvol ML軟件，以便加快確定材料的研發(fā)過程是否經(jīng)濟(jì)。該項(xiàng)目由美國(guó)空軍（USAF）資助，它被認(rèn)為是生產(chǎn)新一代耐用輕質(zhì)部件的關(guān)鍵，可用于航空航天和商業(yè)領(lǐng)域。

NAVAIR的退休首席科學(xué)家和項(xiàng)目參與者William E. Frazier博士說："我曾參與過幾個(gè)增材制造工藝和材料的飛行鑒定，在我看來，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將對(duì)國(guó)防部（DoD）和商業(yè)平臺(tái)的成本、進(jìn)度和性能產(chǎn)生積極影響。Senvol公司的Mil-enabled方法直接解決了一個(gè)主要的行業(yè)挑戰(zhàn)：更快速的、具有成本效益的3D打印材料的開發(fā)。"

△美國(guó)空軍正在使用Senvol的AM軟件來優(yōu)化EOS 3D打印機(jī)的設(shè)置，以生產(chǎn)航空零件。圖片來自美國(guó)空軍的Mikayla Heineck。

Senvol ML的軍事潛力

實(shí)際上，Senvol ML是一個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軟件，可以用來分析3D打印參數(shù)和材料的最終性能之間的關(guān)系。該程序不受任何一種技術(shù)的束縛，與所有已知的AM工藝兼容，使用戶能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)機(jī)械性能，為其系統(tǒng)或材料生成一套參數(shù)。

Senvol ML的預(yù)測(cè)能力主要?dú)w功于其模塊化的綜合計(jì)算材料工程或 "ICME "框架。分為四個(gè)模塊，這個(gè)ICME對(duì)收集到的參數(shù)、材料屬性、工藝特征和機(jī)械性能的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行量化，以生成任何結(jié)果部件將如何以快速的速度表現(xiàn)的預(yù)測(cè)。

在這樣做的過程中，Senvol ML為航空航天、國(guó)防、消費(fèi)、醫(yī)療、汽車和石油天然氣領(lǐng)域的采用者提供了重要的質(zhì)量保證工具，而且該技術(shù)現(xiàn)在也越來越多地在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用。僅僅從2020年開始，Senvol就利用其軟件幫助打印大型航空零件，并開發(fā)了一個(gè)導(dǎo)彈鑒定工作流程，同時(shí)獲得了國(guó)防部的進(jìn)一步研發(fā)資金。

Senvol公司總裁ZachSimkin說："Senvol公司的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)有可能大幅降低開發(fā)可使用材料的成本。通過展示一種全新的、明顯更有效的、可量化的開發(fā)方法，Senvol向美國(guó)空軍、美國(guó)制造成員以及整個(gè)增材制造行業(yè)證明了它的巨大價(jià)值。"

△來自SenvolML的分析實(shí)例 - 不銹鋼粉末和激光粉末床融合。圖片來自Senvol。

材料分析技術(shù)的發(fā)展

森沃爾的"美國(guó)制造"研究項(xiàng)目是圍繞著確定材料的"性能允許值"的過程。也被稱為 "設(shè)計(jì)允許值"，這些值基本上代表了統(tǒng)計(jì)學(xué)上確定的材料所需的最低耐久性能，以使它們?cè)谔貏e苛刻的應(yīng)用中可行。

具體而言，該項(xiàng)目要求展示Senvol ML軟件的機(jī)器學(xué)習(xí)算法如何加速這一過程，同時(shí)減少通常需要的大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這可能是3D打印更廣泛的軍事部署的一個(gè)障礙。

美國(guó)制造的技術(shù)總監(jiān)Brandon Ribic博士解釋說："增材制造是一種現(xiàn)代化和數(shù)字化的制造方法，具有快速的可定制加工。繼續(xù)使用傳統(tǒng)的材料試錯(cuò)方法，是制約增材制造更廣泛的材料和工藝選擇和能力的瓶頸。"

據(jù)Ribic說，Senvol公司通過開發(fā)一種數(shù)據(jù)分析驅(qū)動(dòng)的鑒定方法，成功地克服了這一瓶頸，以一種非常強(qiáng)大的方式展示了其軟件的能力。事實(shí)上，通過與諾斯羅普-格魯曼公司、美國(guó)國(guó)家航空研究所（NIAR）、Stratasys直接制造公司和Pilgrim咨詢公司合作，據(jù)說該公司能夠確定經(jīng)證實(shí)的材料特性，同時(shí)優(yōu)化其數(shù)據(jù)生成要求。

盡管Senvol公司在該項(xiàng)目中集中精力尋找通過粉末床熔融機(jī)加工的阻燃尼龍11的特性允許值，但它說它的方法可以應(yīng)用于"任何AM工藝、機(jī)器和材料"，以便比傳統(tǒng)方法更快速、更經(jīng)濟(jì)、更準(zhǔn)確地確定其參數(shù)。

Simkin總結(jié)說："這個(gè)美國(guó)制造計(jì)劃的結(jié)果是令人難以置信的成功。此外，我們還確定了其他幾個(gè)機(jī)會(huì)領(lǐng)域，以深入研究機(jī)器學(xué)習(xí)能力，解決這個(gè)行業(yè)的關(guān)鍵需求。我們期待著繼續(xù)與業(yè)界合作，推進(jìn)這一前沿領(lǐng)域的發(fā)展。"

△Alchemite軟件界面。圖片來自Intellegens

一種新的鑒定方法？

與傳統(tǒng)的材料“試錯(cuò)”鑒定方法相比，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法提供了一種消除失敗打印品背后的人為錯(cuò)誤的手段。盡管許多這樣的程序仍處于實(shí)驗(yàn)階段，但由Senvol ML和Intellegens等公司開發(fā)的軟件的好處，現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)入工廠車間。

就在去年，后者與謝菲爾德大學(xué)的AMRC和波音公司合作，提出了一種新的優(yōu)化的3D打印航空航天零件的方法。利用該公司自己的Alchemite ML平臺(tái)，該項(xiàng)目旨在加強(qiáng)粉末床融合工藝，以確保比以前更快、更便宜、用更多的材料生產(chǎn)部件。

同樣，麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師們也開發(fā)了一種開源的ML算法，旨在幫助更多的人加快識(shí)別3D可打印材料的過程。在他們的 "AutoOED "軟件中，該團(tuán)隊(duì)的程序能夠自動(dòng)識(shí)別具有所需品質(zhì)的可行材料，如韌性、剛度和強(qiáng)度。

△一批單位正在招聘3D打印博士、碩士人才

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