AI搜索了1亿种可能——找到了更便宜的方法来3D打印NASA火箭合金

当人工智能遇上金属3D打印会发生什么？华盛顿州立大学（WSU）的研究人员刚刚给出了答案：一项突破性成果可能彻底改变NASA最苛刻合金的生产方式。

他们的AI系统筛选了超过1亿种可能的打印配置，用于优化GRCop-42——一种NASA为火箭发动机开发的高性能铜合金。仅通过40次实验，系统就找到了6种成功的打印参数设置，其中包括首次以仅500瓦激光功率成功打印该合金。

什么是GRCop-42？为什么它如此难打印？

GRCop-42是一种铜-铬-铌合金，由NASA专为需要同时具备极端耐热性和高效导热性的环境而设计。它广泛应用于液态火箭发动机燃烧室——在那里面温度可达数千度，而材料仍必须有效传导热量以防止发动机故障。

问题是：传统3D打印GRCop-42需要巨大的激光功率，远超大多数商用金属打印机的能力。此前在标准设备上以较低功率打印该合金的尝试全部失败——材料会过热、变形或直接熔化。

“有时候他们打印某个配置，产品直接就熔化了，”该研究的第一作者、WSU计算机科学博士生Azza Fadhel说。”它根本无法打印，即使有时间和金钱，他们也无法测试全部1亿种选项。”

AI如何仅用40次实验就破解了密码

WSU的跨学科团队采取了不同的方法。他们用仅37次先前失败实验的数据训练了一个AI模型。

系统利用这些失败作为学习材料，开发出一套方法来估算任何未测试的打印参数组合成功的概率。AI随后推荐了小组新的配置，在两个目标之间取得平衡：测试最有前景的选项和探索可能改善模型预测的不确定区域。

“他们会把结果反馈给我，每一个我都喜欢——即使失败了——因为每个结果都在改进我们的AI模型，”Fadhel解释道。

经过三个月、总共仅40次实验，团队在不同激光功率水平下找到了6种成功配置。最突出的成果是：首次以仅500瓦激光功率成功3D打印GRCop-42——这是许多商用金属打印机都能达到的水平。

这对3D打印和航空航天意味着什么

这一突破的影响深远：

• 降低准入门槛——大学、小型实验室和中型制造商无需投资百万美元的高功率系统即可打印GRCop-42
• 降低成本——更低的激光功率意味着更少的能耗、更少的设备磨损和更便宜的后处理
• 加速创新——更多研究者和公司对该合金的实验可能催生航空航天以外的新应用

负责该研究的Jana Doppa教授表示：”90%的商用打印机无法打印这种金属合金，因此当我们找到了这些可行的工艺参数，就使得这些商用打印机也能使用，我们本质上是在让这种合金的打印民主化。”

超越火箭：更广泛的应用

研究团队还指出了在喷气发动机制造中的一个有前景的应用。利用定向能沉积（DED）技术，GRCop-42可用于涂覆现有喷气发动机合金。发动机工作温度每提高50摄氏度，燃油效率可提升高达10%。

最令人兴奋的或许是AI方法本身。发表在AAAI人工智能会议论文集上的这项研究，获得了该组织年会的创新部署应用奖。

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结论

华盛顿州立大学的研究展示了一种强大的新范式：利用AI大幅加速发现可行的3D打印参数。通过将1亿种可能性缩减为40次有针对性的实验，团队为在商用设备上打印NASA级合金打开了大门——这一发展可能重塑航空航天制造业，并在各行各业引发类似的突破。