HP 利用 NVIDIA AI 加速金屬 3D 打印

2024 年 7 月 27 日，南極熊獲悉，惠普 (HP) 的 3D 打印部門利用 NVIDIA 的開源人工智能工具 Modulus 成功地優(yōu)化了 3D 打印流程。Modulus 利用物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (PINN) 將物理定律整合進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，提高了制造效率和準(zhǔn)確性。


惠普利用這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)了一款名為 Virtual Foundry Graphnet 的軟件工具來預(yù)測(cè)并優(yōu)化金屬燒結(jié)過程。這款工具通過準(zhǔn)確預(yù)測(cè)金屬粉末在 3D 打印過程中的行為來幫助簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，制造商可以優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少錯(cuò)誤和缺陷，提高零件的質(zhì)量。

Virtual Foundry Graphnet 利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠預(yù)測(cè)金屬燒結(jié)過程中部件的變形——這是一個(gè)以顯著變形著稱的關(guān)鍵步驟。AI 模型可以快速模擬這些行為，提供精確預(yù)測(cè)并加速整個(gè)過程。


△ 在 HP Metal Jet 打印中模擬復(fù)雜的金屬燒結(jié)過程對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)量至關(guān)重要

經(jīng)過良好訓(xùn)練的金屬燒結(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型只需幾秒鐘即可預(yù)測(cè)最終的變形值，使整個(gè)過程變得更加迅速高效。此外，通過公開分享其工作成果，惠普幫助其他制造商進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，讓先進(jìn)的 AI 工具對(duì)行業(yè)內(nèi)的所有人受益。

惠普 3D 打印部門在 Virtual Foundry Graphnet 方面取得的創(chuàng)新進(jìn)展在最近的一篇論文中進(jìn)行了詳細(xì)描述，題為《用于金屬燒結(jié)變形預(yù)測(cè)的 Virtual Foundry Graphnet》。這篇由惠普?qǐng)F(tuán)隊(duì)撰寫的論文討論了圖深度學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，旨在預(yù)測(cè)金屬燒結(jié)過程中部件的變形。研究強(qiáng)調(diào)了這一先進(jìn)模型相比于傳統(tǒng)方法在加快模擬時(shí)間方面的優(yōu)勢(shì)。


△ 斯坦福龍測(cè)試模型

研究人員利用圖深度學(xué)習(xí)構(gòu)建了 Virtual Foundry Graphnet 模型，能在體素級(jí)別上大幅加速變形模擬，精度達(dá)到單個(gè)燒結(jié)步驟 0.7 微米、完整周期 0.3 毫米。這些進(jìn)步主要?dú)w功于 AI 模型快速而精確的預(yù)測(cè)。研究作者包括惠普研究工程師 Rachel Chen、Chuang Gan、Jun Zeng 和 Zijiang Yang，以及 NVIDIA 高級(jí)軟件工程師 Mohammad Nabian 和機(jī)器學(xué)習(xí)工程師 Meta Juheon Lee 等。

惠普對(duì)開源創(chuàng)新的承諾在其對(duì) NVIDIA Modulus 平臺(tái)的貢獻(xiàn)中得到了體現(xiàn)。通過向更廣泛的制造業(yè)社區(qū)開放 Virtual Foundry Graphnet，惠普鼓勵(lì)合作并加速物理信息深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的發(fā)展�；萜諗�(shù)字孿生團(tuán)隊(duì)還為其制造數(shù)字孿生開發(fā)了創(chuàng)新的物理深度學(xué)習(xí)模型，并將其貢獻(xiàn)給 Modulus 平臺(tái)。這種數(shù)字孿生技術(shù)使工藝工程師能夠預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)以及工藝控制參數(shù)，從而改善零件質(zhì)量和制造產(chǎn)出率。


△ 數(shù)字燒結(jié)可產(chǎn)生改進(jìn)的設(shè)計(jì)，以補(bǔ)償制造過程中引起的零件變形

惠普有著悠久的技術(shù)創(chuàng)新歷史，包括最近開發(fā)的 HP Metal Jet，這是一種金屬增材制造系統(tǒng)，能提供工業(yè)級(jí)別的吞吐量和質(zhì)量，以制造超越傳統(tǒng)制造能力的新穎 3D金屬零件。作為數(shù)字孿生項(xiàng)目的一部分，惠普使用 Virtual Foundry Graphnet 來加速預(yù)測(cè)金屬粉末材料的相變，實(shí)現(xiàn)近實(shí)時(shí)、高保真的金屬燒結(jié)過程仿真。

使用 Virtual Foundry Graphnet 的好處十分顯著。它使生產(chǎn)過程更快更高效，這意味著產(chǎn)品可以更快地生產(chǎn)出來，成本也更低。它還能確保產(chǎn)品的高質(zhì)量。這對(duì)于必須滿足嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)并向客戶交付可靠產(chǎn)品的公司來說非常重要。


△ 瞬態(tài)預(yù)測(cè)金屬燒結(jié)過程

惠普 3D 打印軟件組織的杰出技術(shù)專家 Jun Zeng 博士表示，“我們的團(tuán)隊(duì)一直在根據(jù)物理原理開發(fā)物理模擬引擎，我們將實(shí)驗(yàn)傳感和計(jì)量數(shù)據(jù)用于校準(zhǔn)這些物理模型，在充分訓(xùn)練并優(yōu)化后，模型有了數(shù)量級(jí)的速度提升，而且模型可以在筆記本電腦上運(yùn)行。”