AI+材料合成：尋找航天級別3D打印鋁合金

來源：機器之能

Citrine智能材料平臺基于尖端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)動的材料和化學(xué)品開發(fā)。平臺可基于機器學(xué)習(xí)模型，結(jié)合用戶企業(yè)的行業(yè)知識來預(yù)測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，減少材料浪費和焊接等其他后續(xù)處理。然而，打印材料的限制使得當下3D打印尚無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實驗室為例，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度的合金，然而3D打印鋁合金的強度并不足以滿足條件。由于3D打印金屬在固化過程中會形成熱裂紋（hot cracking），從而影響金屬強度，HRL實驗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尋找航天級別3D打印鋁合金為例
Citrine智能材料平臺基于尖端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)動的材料和化學(xué)品開發(fā)。平臺可基于機器學(xué)習(xí)模型，結(jié)合用戶企業(yè)的行業(yè)知識來預(yù)測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智能材料平臺可以快速搜索1150萬種粉末和納米顆粒的組合。平臺通過針對目標材料的性質(zhì)按批次尋找組合，識別關(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，生成，細化和驗證模型。此外，平臺在每個環(huán)節(jié)均支持人機結(jié)合的操作模式，其涉及的功能主要包含：

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

領(lǐng)域知識集成（DKI） – 平臺將最大限度利用用戶的領(lǐng)域知識數(shù)據(jù)來優(yōu)化機器學(xué)習(xí)模型的性能。通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入（Ingestion）、數(shù)據(jù)策展（Curation）、數(shù)據(jù)特征化（Featurization）、設(shè)計空間生成、AI模型生成以及目標材料設(shè)置六個步驟來預(yù)測材料在各種配方下的性能，并給出試驗建議。

雙界面操作 – 平臺具有兩個不同的界面：一為圖形化網(wǎng)頁界面，可直觀訪問數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)模型。二為一個靈活的Python客戶端，可支持數(shù)據(jù)工程師和收據(jù)科學(xué)家自動化工作流程。


二、應(yīng)用效果
在HRL實驗室和Citrine的合作項目中，平臺確定了100種粉末和納米顆粒的候選組合以優(yōu)化HRL團隊需要合成測試的屬性。由此產(chǎn)生的材料al7a77是第一種高強度鋁合金粉末原料，用于在鋁協(xié)會注冊的現(xiàn)成AM機器。同時，其材料研發(fā)工作實現(xiàn)了多項成就，包含：

1. 時間節(jié)省：由于材料信息學(xué)方法，實驗實驗室工作從數(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)備中使用時仍能保持強度。

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

4. 首次進入市場：Citrine相關(guān)研究報告發(fā)表兩年后，美國宇航局作為第一個商業(yè)化的客戶。