由英國劍橋的一家人工智能公司Intellegens開發(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)合作開展的一項(xiàng)研究合作。根據(jù)Intellegens的說法，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。通過傳統(tǒng)研究技術(shù)開發(fā)新材料仍然是一個(gè)漫長而昂貴的過程，通常涉及相當(dāng)程度的試錯(cuò)過程和成本，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)測它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)應(yīng)用場景中的運(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。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)能夠使用大型熱阻測量數(shù)據(jù)庫來指導(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)艱苦的過程，可能需要數(shù)月甚至數(shù)年。通過了解現(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 – 從而加快開發(fā)過程。

Review

      在超過5,500種合金材料中，絕大多數(shù)材料仍無法通過金屬3D打印技術(shù)制造。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，人工智能將在加快開發(fā)適用于3D打印的合金材料方面發(fā)揮越來越重要的作用。此前，美國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，可以通過在增材制造材料中引入納米顆粒成核劑的方式來解決這一問題。

   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。成型后的材料無裂紋，等軸（即，其長度，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，人工智能還可以應(yīng)用在這樣的成核劑的開發(fā)工作中，開發(fā)出更強(qiáng)大的合金。