由英國(guó)劍橋的一家人工智能公司Intellegens開(kāi)發(fā)的一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法已被用于設(shè)計(jì)一種新的用于金屬增材制造的鎳基合金。

減少15年的努力節(jié)約1000萬(wàn)美元的研發(fā)成本

     這是由多家商業(yè)合作伙伴和劍橋大學(xué)合作開(kāi)展的一項(xiàng)研究合作。根據(jù)Intellegens的說(shuō)法，該算法為團(tuán)隊(duì)節(jié)省了大約15年的材料研究時(shí)間和大約1000萬(wàn)美元的研發(fā)成本。Intellegens的Alchemite?深度學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)的新合金是通過(guò)定向能量沉積（DED）金屬3D打印工藝進(jìn)行制造的，該合金可滿足增材制造所需的性能目標(biāo)，用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。通過(guò)傳統(tǒng)研究技術(shù)開(kāi)發(fā)新材料仍然是一個(gè)漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程，通常涉及相當(dāng)程度的試錯(cuò)過(guò)程和成本，而用于定向能量沉積（DED）金屬3D打印工藝的新合金則被認(rèn)為特別具有挑戰(zhàn)性。迄今為止，DED僅用于加工大約10種鎳基合金成分，嚴(yán)重限制了可用于推動(dòng)進(jìn)一步研究的數(shù)據(jù)量。Alchemite為合金研究團(tuán)隊(duì)提供了解決這種數(shù)據(jù)缺乏的方法，以及加速整個(gè)材料選擇過(guò)程。Alchemite的算法能夠從完成率僅為0.05％的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，能夠鏈接和交叉引用可用數(shù)據(jù)，驗(yàn)證潛在新合金的物理性質(zhì)，并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中的運(yùn)行方式。

     隨著Alchemite的應(yīng)用以及最合適的合金的確定，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了一輪實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)新材料的物理性質(zhì)。該團(tuán)隊(duì)希望新合金具有優(yōu)越的加工性，在成本，密度，相穩(wěn)定性，抗蠕變性，抗氧化，疲勞壽命和耐熱應(yīng)力等方面符合期望。結(jié)果表明，與其他商業(yè)合金相比，新合金更適合DED增材制造工藝應(yīng)用。根據(jù)Intellegens和劍橋大學(xué)皇家學(xué)會(huì)大學(xué)，Alchemite具有深度學(xué)習(xí)能力，能夠快速查明數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，因此具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)能夠使用大型熱阻測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)指導(dǎo)合金加工性的研究，從而列出最有可能提供正確特征的材料組合。結(jié)果不言自明，這種新的合金為研發(fā)節(jié)省了大量的時(shí)間和金錢。

    全世界有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的商業(yè)材料，其特點(diǎn)是數(shù)百種不同的特性。使用傳統(tǒng)技術(shù)探索我們對(duì)這些材料所了解的信息，提出新的物質(zhì)，基質(zhì)和系統(tǒng)，是一個(gè)艱苦的過(guò)程，可能需要數(shù)月甚至數(shù)年。通過(guò)了解現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)中的基礎(chǔ)相關(guān)性，估算缺失的屬性，Alchemite算法引擎可以快速，高效，準(zhǔn)確地提出具有目標(biāo)屬性的新材料 – 從而加快開(kāi)發(fā)過(guò)程。

Review

      在超過(guò)5,500種合金材料中，絕大多數(shù)材料仍無(wú)法通過(guò)金屬3D打印技術(shù)制造。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，人工智能將在加快開(kāi)發(fā)適用于3D打印的合金材料方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。此前，美國(guó)HRL 實(shí)驗(yàn)室指出，影響合金材料在增材制造工藝中使用的原因是，打印過(guò)程中材料的熔融和凝固產(chǎn)生了具有大柱晶粒和周期性裂紋的微觀結(jié)構(gòu)。HRL 實(shí)驗(yàn)室表示，可以通過(guò)在增材制造材料中引入納米顆粒成核劑的方式來(lái)解決這一問(wèn)題。

   在用成核劑進(jìn)行功能化之后，HRL 的研究人員發(fā)現(xiàn)這些先前與增材制造制造不相容的高強(qiáng)度鋁合金可以使用粉末床選擇性激光熔化設(shè)備進(jìn)行成功的加工。成型后的材料無(wú)裂紋，等軸（即，其長(zhǎng)度，寬度和高度上的晶粒大致相等），實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶粒微觀結(jié)構(gòu)，并與鍛造材料具有相當(dāng)?shù)牟牧蠌?qiáng)度。

      或許將來(lái)，人工智能還可以應(yīng)用在這樣的成核劑的開(kāi)發(fā)工作中，開(kāi)發(fā)出更強(qiáng)大的合金。