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应用案例:3D打印火箭引擎
Hyperganic的3D打印火箭引擎的原型是使用Excel电子表格和一个新的算法设计的。此火箭引擎是一个概念验证模型,用来展示Hyperganic独特的设计方法。它是在EOS M400-4 3D打印机上进行打印的,所用的材料是镍铬合金Inconel 718。Hyperganic公司首席执行官林凯泽说:“我们在火箭引擎的不同位置使用了不同的策略来逐渐改变材料的属性。”他还指出,“Hyperganic的专有软件技术让你可以实现在三维空间中存储每个体素的属性。”
Published 3 April 2020

Hyperganic公司基于数字进化的反馈结果进行火箭引擎的设计迭代和打印

作者:Andrew Wheeler
发布日期:2020年04月03日
媒体平台:engineering.com

3D打印火箭引擎应用案例(图片由Hyperganic提供)

Hyperganic的3D打印火箭引擎的原型是使用Excel电子表格和一个新的算法设计的。此火箭引擎是一个概念验证模型,用来展示Hyperganic独特的设计方法。它是在EOS M400-4 3D打印机上进行打印的,所用的材料是镍铬合金Inconel 718。Hyperganic公司首席执行官林凯泽说:“我们在火箭引擎的不同位置使用了不同的策略来逐渐改变材料的属性。”他还指出,“Hyperganic的专有软件技术让你可以实现在三维空间中存储每个体素的属性。”

火箭引擎是由单独的部件进行组合制造的,比如组成燃烧室的部件。火箭引擎中的冷却通道使燃料循环并焊接到燃烧室,防止火箭引擎过热。而Hyperganic对冷却通道和燃烧室进行了一体化的设计。在传统的产品设计生命周期中,这可能会使更换部件或改进火箭引擎装配的单个部件过程变得更加困难。就可替换性而言,一体化打印火箭引擎似乎不是一个有效的概念。

Hyperganic公司的设计是在一位火箭科学家的帮助下完成的,这种方法相对比较新颖。Hyperganic让火箭科学家用Excel表格中的公式来表示火箭引擎部件的形状。而后,这些公式被格式化为Hyperganic的算法信息。最后,该算法利用这些数据从头开始“生长”最终模型的几何形状,就好像它是一棵树的种子一样。

该算法在一开始就以确定的特定性能参数来“生长”出火箭引擎的模型。由此产生的火箭引擎模型能够以不同的材料密度被打印出来,这对于火箭设计来说是一种不寻常的方式。其目标是在能够承受的范围内减轻重量,并且实现了从模型中部非常坚固的密集结构到更多孔的外部结构的渐变材料密度范围转变。

Hyperganic正在使用“数字进化反馈回路”来不断优化和完善自己的设计。这种算法行为就类似强化算法的工作方式。在测试了Hyperganic设计算法的第一个设计输出后,数据通过模拟运行以衡量性能。而后这些测试数据被放回算法中,以优化和改进其设计,添加新的参数,迭代模型。

在某种意义上,火箭引擎的每个组件都可以使用计算机算法设计出来,模拟了自然界的生长范式。因此,同样的算法也可以运用于血管组织的3D生物打印等不同应用场景。

结语

Hyperganic开发的算法组件和专有的数字进化反馈回路是由人工智能概念驱动的,但它仍然需要人类输入信息和不同的设计参数。人工智能通过计算机算法来执行给定优化设计的艰难计算过程。

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