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5093D打印技術(shù)以實現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計的優(yōu)勢在高附加值零部件制造領(lǐng)域得到了應(yīng)用發(fā)展。比如說，GE與西門子都在利用金屬3D打印技術(shù)實現(xiàn)燃?xì)廨啓C復(fù)雜燃燒組件的突破，GE 已交付給中國使用的HArrie 重型燃?xì)廨啓C打破了自己的凈效率記錄，3D打印技術(shù)所制造的關(guān)鍵部件功不可沒。
但3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用仍有諸多制約因素需要克服，其中一個因素是減少3D打印零件創(chuàng)建與驗證所需要的時間，高效的制造出合格的3D打印零部件。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，GE將與橡樹嶺國家實驗室（ORNL）以及施樂旗下的PARC公司合作，以噴氣發(fā)動機，風(fēng)力渦輪機和燃?xì)廨啓C等渦輪機械中的復(fù)雜熱、流體零部件為切入點，通過人工智能技術(shù)、超級計算機將這類3D打印零件的創(chuàng)建與驗證時間減少近65%。這一合作項目獲得了130萬美元的項目資助。
來源：GE
熱、流體3D打印組件，自動化設(shè)計與驗證的集成
如今，開發(fā)設(shè)計用于噴氣發(fā)動機，風(fēng)力渦輪機和燃?xì)廨啓C等復(fù)雜動力產(chǎn)品的新組件，往往需要涉及到數(shù)十位專業(yè)人士，共同對組件的結(jié)構(gòu)、熱特性、流體特性進(jìn)行研究。在設(shè)計增材制造-3D打印組件時，需要考慮諸多因素，例如材料成分對熱量和應(yīng)力的響應(yīng)程度，面向增材制造的設(shè)計如何影響氣流或空氣動力學(xué)性能等。匯集這些跨界知識，并完成一種3D打印零件驗證的過程可能長達(dá)2到5年。
根據(jù)GE ，這一項目的啟動具有以下意義：
將用于渦輪機械的高性能增材制造零件設(shè)計開發(fā)時間從2-5年縮短到1-2年，整體時間減少一半以上；為3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用鋪平道路，徹底改變從風(fēng)力渦輪機到燃?xì)廨啓C的各種發(fā)電產(chǎn)品的效率和性能；組合的項目團(tuán)隊將在ORNL的超級計算機Summit 上進(jìn)行工作，開發(fā)強大的人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)，從而以更快的速度實現(xiàn)數(shù)百萬次設(shè)計迭代。該項目將以實現(xiàn)無缺陷、高性能的3D打印組件設(shè)計為最終目標(biāo)，與鑄造等傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的零部件相比，這些3D打印組件將能夠承受高溫和高應(yīng)力，并具有優(yōu)化的性能。
GE 研發(fā)增材制造業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人對于這一項目對3D打印技術(shù)的意義做了進(jìn)一步說明，由此可以看到這一項目對于增材制造的意義。他表示，減少創(chuàng)建和驗證無缺陷的3D打印組件設(shè)計所需時間，是實現(xiàn)3D打印的廣泛使用關(guān)鍵因素之一，使用支持多物理功能的工具和人工智能技術(shù)，將使3D打印組件設(shè)計整個過程自動化，并使得增材制造過程比某些傳統(tǒng)制造工藝更快。3D打印組件結(jié)構(gòu)特性的優(yōu)化已經(jīng)實現(xiàn)自動化，但熱和流體特性優(yōu)化還沒有實現(xiàn)，這一項目將利用人工智能技術(shù)，從增材制造可生產(chǎn)性數(shù)據(jù)自動生成代理模型，并將設(shè)計與多物理場設(shè)計優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行無縫集成。
項目團(tuán)隊將使用ORNL實驗室的Summit超級計算機，以前所未有的精度創(chuàng)建這些基于人工智能的的代理模型。除此之外，ORNL 高通量同位素反應(yīng)堆將被用于分析增材制造組件，分析數(shù)據(jù)將用于訓(xùn)練和評估人工智能創(chuàng)建的模型。
人工智能在自動生成3D打印組件設(shè)計模型中起到了重要作用。根據(jù)項目成員之一PARC，人工智能技術(shù)可以加速創(chuàng)成式設(shè)計，這是一項能夠顯著減少設(shè)計與制造優(yōu)質(zhì)3D打印零件的重要創(chuàng)新性技術(shù)。使用機器學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，使得自動生成的功能集成3D打印零部件能夠滿足現(xiàn)實世界的應(yīng)用需求，為制造業(yè)提供創(chuàng)新性的增材制造解決方案。
3D科學(xué)谷Review
《暗知識》一書中談到，算力、數(shù)據(jù)、算法這三個要素同步成熟，形成合力，帶來了今天人工智能技術(shù)的爆發(fā)，這三個要素中最重要的是計算能力的發(fā)展和算法的相互促進(jìn)。以上項目正是將超級計算機的算力與機器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，促進(jìn)人工智能技術(shù)在3D打印零件設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，ORNL 實驗室的超級計算機還將支持一個針對3D打印的高級仿真功能開發(fā)項目。該項目名為Exascale增材制造（ExaAM），該項目將利用超級計算機Frontier開發(fā)高級仿真功能。這一仿真功能將使科學(xué)家更好地理解工藝參數(shù)（例如掃描模式），材料微觀結(jié)構(gòu)（晶粒尺寸和方向的分布）之間的復(fù)雜關(guān)系，以及3D打印金屬零件的最終特性（例如強度）。
以上這些信息可用于預(yù)測增材制造零件性能、強度、壽命，加快零件的鑒定和認(rèn)證，從而以更低成本創(chuàng)新和優(yōu)化產(chǎn)品。但當(dāng)前的技術(shù)在預(yù)測增材制造零件的微觀結(jié)構(gòu)時必須做出許多近似和簡化，而有了超級計算機Frontier，研究人員將能夠消除近似值，并優(yōu)化制造過程中使用的參數(shù)，從而能夠設(shè)計出重量更輕的零件，減少浪費，減少零件組裝的需要，或根據(jù)具體應(yīng)用確定其他屬性。
正向設(shè)計與3D打印優(yōu)勢的結(jié)合、人工智能與工藝開發(fā)的結(jié)合、數(shù)字孿生與生產(chǎn)控制的結(jié)合是推動3D打印產(chǎn)業(yè)化的“三駕馬車。除了增材制造硬件設(shè)備快速發(fā)展，材料成本的下降以及種類的豐富，算力、數(shù)據(jù)、算法支撐起的人工智能軟實力，也是促進(jìn)3D打印技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的“硬核”。
