AI+材料合成：尋找航天級(jí)別3D打印鋁合金

來(lái)源：機(jī)器之能

Citrine智能材料平臺(tái)基于尖端AI工具和智能數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)架構(gòu)搭建而成，可用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的材料和化學(xué)品開(kāi)發(fā)。平臺(tái)可基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型，結(jié)合用戶企業(yè)的行業(yè)知識(shí)來(lái)預(yù)測(cè)材料在各種配方下的性能，幫助加速材料研發(fā)工作。

材料合成行業(yè)：3D打印金屬材料亟待人工智能助力突破性能局限
增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗稱3D打印，該技術(shù)可以生產(chǎn)出與最終規(guī)格要求頗為接近的零件，減少材料浪費(fèi)和焊接等其他后續(xù)處理。然而，打印材料的限制使得當(dāng)下3D打印尚無(wú)法被廣泛使用在工業(yè)領(lǐng)域。以波音公司和通用汽車公司聯(lián)合擁有的HRL實(shí)驗(yàn)室為例，航空航天和汽車工業(yè)需要重量輕、在極端溫度下具有高強(qiáng)度的合金，然而3D打印鋁合金的強(qiáng)度并不足以滿足條件。由于3D打印金屬在固化過(guò)程中會(huì)形成熱裂紋（hot cracking），從而影響金屬?gòu)?qiáng)度，HRL實(shí)驗(yàn)室希望能夠找到一種能使微型結(jié)構(gòu)成核的納米粒子，以減少熱裂紋的出現(xiàn)。

材料智能研發(fā)應(yīng)用案例解析： 以Citrine助力HRL尋找航天級(jí)別3D打印鋁合金為例
Citrine智能材料平臺(tái)基于尖端AI工具和智能數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)架構(gòu)搭建而成，可用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的材料和化學(xué)品開(kāi)發(fā)。平臺(tái)可基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型，結(jié)合用戶企業(yè)的行業(yè)知識(shí)來(lái)預(yù)測(cè)材料在各種配方下的性能，加速材料研發(fā)工作。


一、 核心功能
Citrine智能材料平臺(tái)可以快速搜索1150萬(wàn)種粉末和納米顆粒的組合。平臺(tái)通過(guò)針對(duì)目標(biāo)材料的性質(zhì)按批次尋找組合，識(shí)別關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)流，創(chuàng)建材料感知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；然后基于數(shù)據(jù)來(lái)，生成，細(xì)化和驗(yàn)證模型。此外，平臺(tái)在每個(gè)環(huán)節(jié)均支持人機(jī)結(jié)合的操作模式，其涉及的功能主要包含：

數(shù)據(jù)管理 – 平臺(tái)可以提取、構(gòu)建和存儲(chǔ)材料和化學(xué)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，避免重復(fù)試驗(yàn)，并能夠迅速找到相關(guān)的數(shù)據(jù)集。

領(lǐng)域知識(shí)集成（DKI） – 平臺(tái)將最大限度利用用戶的領(lǐng)域知識(shí)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)模型的性能。通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入（Ingestion）、數(shù)據(jù)策展（Curation）、數(shù)據(jù)特征化（Featurization）、設(shè)計(jì)空間生成、AI模型生成以及目標(biāo)材料設(shè)置六個(gè)步驟來(lái)預(yù)測(cè)材料在各種配方下的性能，并給出試驗(yàn)建議。

雙界面操作 – 平臺(tái)具有兩個(gè)不同的界面：一為圖形化網(wǎng)頁(yè)界面，可直觀訪問(wèn)數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)模型。二為一個(gè)靈活的Python客戶端，可支持?jǐn)?shù)據(jù)工程師和收據(jù)科學(xué)家自動(dòng)化工作流程。


二、應(yīng)用效果
在HRL實(shí)驗(yàn)室和Citrine的合作項(xiàng)目中，平臺(tái)確定了100種粉末和納米顆粒的候選組合以優(yōu)化HRL團(tuán)隊(duì)需要合成測(cè)試的屬性。由此產(chǎn)生的材料al7a77是第一種高強(qiáng)度鋁合金粉末原料，用于在鋁協(xié)會(huì)注冊(cè)的現(xiàn)成AM機(jī)器。同時(shí)，其材料研發(fā)工作實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)成就，包含：

1. 時(shí)間節(jié)?。河捎诓牧闲畔W(xué)方法，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室工作從數(shù)年減少到幾天。

2. 性能提高：新型合金粉在現(xiàn)成的3D打印設(shè)備中使用時(shí)仍能保持強(qiáng)度。

3. 率先注冊(cè)：該研發(fā)成果成為鋁協(xié)會(huì)注冊(cè)的第一種添加劑合金。

4. 首次進(jìn)入市場(chǎng)：Citrine相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表兩年后，美國(guó)宇航局作為第一個(gè)商業(yè)化的客戶。