基礎(chǔ)研究的重要性正在顯現(xiàn)，業(yè)界將回歸基礎(chǔ)并找到重要的東西。譬如，也許可以找到更好的控制濕度或氧化的方法，這對(duì)銅來(lái)說(shuō)更為重要，這重回歸基礎(chǔ)的需求將開(kāi)始滲透到其他材料中，將把制造者帶回科學(xué)，試圖了解什么是真正重要的。

      根據(jù)ACAM亞琛增材制造中心，3D打印-增材制造的發(fā)展將推動(dòng)數(shù)字材料技術(shù)進(jìn)步，多材料打印的進(jìn)步，確保大幅減少增材制造新材料設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和取得資格所需的時(shí)間和成本。該領(lǐng)域包括開(kāi)發(fā)新的和新穎的計(jì)算方法，如基于物理及模型輔助的材料性能預(yù)測(cè)工具；開(kāi)發(fā)對(duì)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證所需的通用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以及針對(duì)材料性能表征的新思路，有助于為每一個(gè)新的增材制造材料-工藝組合開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)循環(huán)。

       數(shù)據(jù)與算法的重要性正在掀起3D打印行業(yè)的自我革命，是增材制造走向智能制造的跨時(shí)代金礦與賦能工具。

產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)的3D打印過(guò)程
© 西門(mén)子

 數(shù)據(jù)的商業(yè)化力量

近日，Senvol 宣布將西門(mén)子能源的 L-PBF選區(qū)熔融3D打印數(shù)據(jù)庫(kù)商業(yè)化。從希望達(dá)到的制造性能反向獲取推薦的加工參數(shù)，Senvol通過(guò)大量的數(shù)據(jù)建立了3D打印參數(shù)與性能關(guān)系，如拉伸、低周疲勞、高周疲勞以及在各種溫度條件下的蠕變等信息。進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)與算法賦能的零件質(zhì)量控制、性能、效率、成本以及認(rèn)證。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)研究涉及數(shù)十項(xiàng)測(cè)試、數(shù)百個(gè)樣本信息，是一項(xiàng)極耗時(shí)間、極耗精力的過(guò)程。

Senvol 將首先發(fā)布 Ti64、Inconel 625 和 Inconel 718 的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)由 Siemens能源在其自己的 L-PBF 選區(qū)熔融3D打印機(jī)器上生成。與 Solukon 的 SPR-Pathfinder 軟件一樣，這些數(shù)據(jù)庫(kù)最初是為內(nèi)部使用而開(kāi)發(fā)的。然而，現(xiàn)在，西門(mén)子能源允許這些數(shù)據(jù)通過(guò) Senvol 用于商業(yè)目的。

這標(biāo)志著增材制造行業(yè)的一個(gè)極其重要的時(shí)刻，此前，這種譜系和規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)通常被認(rèn)為是專(zhuān)有信息，不會(huì)向其他組織提供商業(yè)用途。這些數(shù)據(jù)庫(kù)將作為Senvol Indexes 產(chǎn)品線(xiàn)的一部分提供，其中包括用于增材制造材料表征的數(shù)據(jù)集。此信息允許用戶(hù)立即訪(fǎng)問(wèn)原本需要數(shù)月才能開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)，并且其售價(jià)僅為獨(dú)立創(chuàng)建所需價(jià)格的一小部分。

 大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，Senvol 最初于 2019 年 11 月發(fā)布了 Senvol ML 機(jī)器學(xué)習(xí)作為一種分析工具，用于理解增材制造過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。它是一個(gè)模塊化的集成計(jì)算材料工程 (ICME) 系統(tǒng)，可將數(shù)據(jù)分為四個(gè)模塊：工藝參數(shù)、工藝特征、材料特性和機(jī)械性能。

© 3D科學(xué)谷白皮書(shū)

Senvol的機(jī)器學(xué)習(xí)有著雄厚的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，3D科學(xué)谷嘗試使用了Senvol數(shù)據(jù)庫(kù)查找鈦合金金屬粉末3D打印材料供應(yīng)商。系統(tǒng)給出的結(jié)果十分豐富，其中包括了每家主流廠商提供的材料牌號(hào)，加工工藝名稱(chēng)，該工藝所加工的零件所能達(dá)到的拉伸強(qiáng)度，拉伸模量，斷裂伸長(zhǎng)率等等。當(dāng)選擇塑料，選擇復(fù)合材料的時(shí)候，系統(tǒng)的子欄目菜單會(huì)出現(xiàn)跟中各樣的復(fù)合材料，而隨便點(diǎn)擊一種復(fù)合材料，例如碳纖維復(fù)合PEEK材料，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)例如牛津性能材料這樣的推薦結(jié)果。而在這個(gè)推薦結(jié)果中，又包含了大量的材料和零件所能達(dá)到的性能的信息。

自開(kāi)發(fā)以來(lái)，Senvol ML 已大量用于航空航天、石油和天然氣以及消費(fèi)品領(lǐng)域。早在 2018 年，該公司就加入了國(guó)家軍備聯(lián)盟 (NAC)，這是 DOTC 的工業(yè)和學(xué)術(shù)部門(mén)。同年，為海軍研究辦公室開(kāi)發(fā)了軟件，以幫助他們更快、更便宜地表征新材料。2020 年，空軍使用 Senvol ML 評(píng)估了他們的多激光金屬 3D 打印程序，并確保Senvol ML可以制造適航部件。

滿(mǎn)足嚴(yán)苛的適航部件需求，這意味著用戶(hù)可以使用 Senvol ML 機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)材料或過(guò)程的性能，從期望的結(jié)果（如抗拉強(qiáng)度）查看哪些過(guò)程或材料將使他們達(dá)到目標(biāo)，甚至建議用戶(hù)應(yīng)該收集哪些數(shù)據(jù)，以便更好地了解該過(guò)程。

 AM Forward下的3D打印能力升級(jí)

值得關(guān)注的是，Senvol的投資者包括NIST美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院，根據(jù)《響應(yīng)白宮AM Forward（增材制造前進(jìn)計(jì)劃）計(jì)劃，NIST授予近 400 萬(wàn)美元以支持3D打印測(cè)量科學(xué)研究》一文，在制定增材制造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，由于3D打印需要不同的標(biāo)準(zhǔn)和工藝認(rèn)證，AM Forward（增材制造前進(jìn)計(jì)劃）中強(qiáng)調(diào)美國(guó)商務(wù)部將通過(guò)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 進(jìn)行測(cè)量科學(xué)研究，以克服廣泛使用金屬基材料的關(guān)鍵障礙。增材制造，做為新的高優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)，并通過(guò)在 ASTM 國(guó)際、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)、美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì) (ASME) 和其他機(jī)構(gòu)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)制定，將這些結(jié)果傳播給 AM Forward 參與者。通過(guò)這些撥款，NIST正在促進(jìn)行業(yè)解決采用增材制造的障礙，包括支持基于等效的資格和基于模型的資格的測(cè)量科學(xué)、AM增材制造材料的表征以及支持一致數(shù)據(jù)交換/表征新標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)AM增材制造生產(chǎn)系統(tǒng)的進(jìn)步。

西門(mén)子作為AM Forward計(jì)劃的創(chuàng)始成員，見(jiàn)證了西門(mén)子、通用電氣和世界上最大的國(guó)防承包商一起努力促進(jìn)增材制造在其供應(yīng)鏈中的使用。

科研帶來(lái)更開(kāi)闊的視野與對(duì)挑戰(zhàn)本質(zhì)的理解。在這里，我國(guó)的增材制造數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)還有待像NIST這樣的支持與投入。此外，風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)對(duì)于3D打印企業(yè)的投資期望應(yīng)避免互聯(lián)網(wǎng)思維模式，相比于通過(guò)資金可以獲得迅即發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)模式來(lái)說(shuō)，3D打印企業(yè)的發(fā)展模式更適合“大器晚成”的風(fēng)格，單純意義上擅長(zhǎng)價(jià)格戰(zhàn)“內(nèi)卷”形態(tài)的企業(yè)很難建立真正意義上的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。3D打印的核心是數(shù)據(jù)，3D打印騰飛的翅膀是人工智能，對(duì)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，必須建立對(duì)這兩大要素的重視與支持之上。只有長(zhǎng)期主義者的辛勤耕耘，才能收獲3D打印產(chǎn)業(yè)化騰飛后的勝利果實(shí)。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，不僅僅是Senvol, NIST還支持了Sigma等與測(cè)量、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、過(guò)程質(zhì)量控制相關(guān)的企業(yè)。

人工智能賦能智能化制造策略
© 3D科學(xué)谷白皮書(shū)

早在2015年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院-NIST就發(fā)布了<<對(duì)增材制造粉末床熔融技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制所需要的測(cè)量科學(xué)>>，NIST的制造技術(shù)研究人員們針對(duì)基于粉末床的金屬3D打印工藝開(kāi)發(fā)了一套技術(shù)跟蹤原則，由于金屬打印對(duì)于航空航天和汽車(chē)制造企業(yè)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)金屬打印能力至關(guān)重要，因此NIST的這份報(bào)告具有推動(dòng)打印過(guò)程控制和改進(jìn)可靠性的現(xiàn)實(shí)意義。他們希望通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方式計(jì)算金屬3D打印工藝中的關(guān)鍵變量之間的相關(guān)性，從而能夠使打印過(guò)程得到很好的過(guò)程控制和優(yōu)化。

此外，NIST與ASTM的合作進(jìn)一步強(qiáng)化了數(shù)據(jù)在增材制造領(lǐng)域的重要性，在2022年，ASTM 國(guó)際增材制造卓越中心 (AM CoE) 和創(chuàng)始行業(yè)成員正式宣布啟動(dòng) AM CoE 材料數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)盟 (CMDS) 計(jì)劃。Sigma成為材料數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)盟 (CMDS) 的創(chuàng)始成員之一，CMDS使來(lái)自整個(gè)增材制造生態(tài)系統(tǒng)的各種規(guī)模的公司能夠協(xié)作標(biāo)準(zhǔn)化材料數(shù)據(jù)生成的最佳實(shí)踐，以及創(chuàng)建、管理和管理加速工業(yè)化和全面采用所需的數(shù)據(jù)增材制造技術(shù)。

根據(jù)3D科學(xué)谷，3D打印升級(jí)為智能化制造的路途上，將由人工智能根據(jù)想要的零件性能完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)，將由人工智能輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)一步調(diào)整他們的設(shè)計(jì)，將由人工智能根據(jù)想要的零件性能與設(shè)計(jì)推薦合適的加工參數(shù)，將由人工智能在生產(chǎn)流程中預(yù)測(cè)將要發(fā)生的缺陷并加以在線(xiàn)調(diào)整，將由人工智能“指引”批量生產(chǎn)的個(gè)性化零件進(jìn)行不同需求的后加工處理作業(yè)，將由人工智能為零件的檢測(cè)與認(rèn)證完成可追溯的閉環(huán)管理… …

© 3D科學(xué)谷白皮書(shū)

    窺一斑而見(jiàn)豹，數(shù)據(jù)與算法，將引領(lǐng)增材制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。正如《（一）人工智能在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用綜述 l 人工智能賦能3D打印》一文提到的，機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法是與增材制造硬件設(shè)備密切相關(guān)的人工智能技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法就像3D打印設(shè)備的眼睛與大腦，賦能設(shè)計(jì)者與制造者更敏捷的設(shè)計(jì)與制造能力，賦予3D打印設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制打印質(zhì)量的自進(jìn)化智能制造屬性，降低發(fā)生打印錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

(責(zé)任編輯：admin)

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