3D打印+AI可以实现超复杂金属件一次成型

来源：GE中国

橡树岭国家实验室位于美国田纳西州，最初作为美国“曼哈顿计划”的一部分创造了历史，进行了在核反应堆生产和分离铀和钚的关键研发。而今天，橡树岭国家实验室正在进行一项可能改变世界的技术——增材制造。

增材制造也就是3D打印技术，它的基本原理是通过计算机控制，以逐层添加的方式实现物体的成型。大多数打印使用塑料或其他聚合物，但橡树岭国家实验室率先使用金属粉末进行3D打印，金属材质可以用于制造耐热耐压的器材，例如喷气发动机零件等。通过“印刷”零件的方式取代传统的机加工组装零件，可以节省大量的时间，金钱和物品重量——这些都是制造业中最宝贵的东西。

橡树岭国家实验室

通过与私营企业的合作，橡树岭国家实验室正在研究钢，铝和其他金属合金的不同应用。GE增材设计与开发经理Brian Thompson说，增材制造中金属粉末的使用还有很大潜力。

10月，GE增材与橡树岭国家实验室签署了一项为期五年的合作研发协议，用以将实验研究成果与GE在实际产品开发中的经验相结合。该协议延续了橡树岭国家实验室与GE旗下的Arcam公司的合作。Arcam的3D打印机大小和冰箱差不多，这些打印机使用电子束将数百万粒金属粉晶粒焊接在一起，形成一层薄薄的金属，来铸造喷气发动机零件等。

3D打印机根据电脑绘图将一层一层细金属粉末熔融成最终形状

例如，GE的新型Catalyst涡轮螺旋桨发动机就有十几个3D打印的部件。以前，这些部件必须由800多个零件组成，但现在都可以作为一个整体打印。GE的LEAP喷气发动机的燃油喷嘴现在也可以作为一个整体组件被打印，而不像传统的通过20个部件焊接在一起构成。将大量小的零件精炼成一整个部件，可以大大节省重量，燃料消耗和铸造成本。

飞机发动机的燃油喷嘴

不过，这种制造实际过程非常复杂，存在一定的出错风险。一点点微小的变化，比如温度、粉末的化学性质，甚至设备的使用年限会对最终产品的生产产生重大影响。生产喷气发动机零件时即使是几分之一毫米的错误也可能毁坏整个机身。GE增材的高级制造副总裁Christine Furstoss对比表示：“我们仍在努力研究材料和机器的所有变化将如何影响零件的生产质量。”

为了增材制造事业的发展，工程师们需要确保其零件每次都符合严格的标准规定。如何处理这项挑战，将是橡树岭国家实验室与GE增材现在以及将来的合作重心。GE的一些工厂（例如意大利的Avio Aero）已在其使用的金属粉末3D打印机上配备了传感器，可以收集每次的生产的数据。

分析传统计算机上的大量信息需要花费很长时间，不过橡树岭国家实验室也是一台科学超级计算机Summit的落址地，它被誉为地球上功能最强大的计算机，能够每秒执行200万亿次的计算。（预计到2021年，更强大的Frontier将会加入，它每秒能够进行五百万亿次的计算。）

“这种强大的计算能力释放了一些令人欣喜的潜力。我们可以更快地分析数据。” Thompson说。这些数据将被插入到复杂的计算机模型中，以帮助研究人员了解许多变量如何相互作用，并对程序进行微调。这些成果也可以集成到AI驱动的软件中，该软件可以在生产过程中实时调整设备。

为了让3D打印过程更高效，这些努力将会激励更多公司开始选择3D打印。Thompson说，“只需按一下按钮，就可以推出产品。不过，距离这个效果，我们还有一些差距。他表示，这个行业仍处于起步阶段，“我们不像传统制造业那样，拥有50到60年的加工经验和人才，这就是为什么进行对3D打印的科学研究如此重要。”