美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種物理信息機(jī)器學(xué)習(xí)模型，能夠有效預(yù)測(cè)金屬3D打印制品中裂紋的產(chǎn)生。

打印過程中或打印完成后制品中產(chǎn)生的裂紋是限制金屬3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的一大難題。金屬3D打印制品中裂紋的產(chǎn)生有多種機(jī)制，目前還沒有通用有效的控制方法。為此，研究人員提出了一種物理信息機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過獲取打印過程中零部件開裂相關(guān)的重要物理參數(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)裂紋的產(chǎn)生。試驗(yàn)選用了6061、2024、AlSi10Mg等多種鋁合金進(jìn)行模型計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，并設(shè)計(jì)了一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——裂紋敏感性系數(shù)（CSI），用以判斷金屬3D打印中裂紋的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，零部件裂紋的產(chǎn)生與凝固應(yīng)力、脆化與松弛時(shí)間之比、溫度梯度與凝固速率之比以及冷卻速率直接相關(guān)，通過線性回歸可確定敏感性系數(shù)與上述參數(shù)的關(guān)系式。設(shè)定CSI的閾值為0.5，利用該模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出102個(gè)樣品中的86個(gè)試樣的裂紋產(chǎn)生情況，準(zhǔn)確率高達(dá)84.3%。這項(xiàng)研究為金屬3D打印制品中裂紋的抑制提供了思路，還可用于新合金的設(shè)計(jì)以及其他制造工藝的優(yōu)化。 下圖為傳熱和流體流動(dòng)模型。