Dank KI lässt sich diese Metalllegierung leichter 3D-drucken

Wie tiefgreifend KI die Forschungsarbeit verändert, zeigt ein Beispiel aus der Washington State University: Dort setzte ein Team künstliche Intelligenz ein, um eine schwer verarbeitbare Metalllegierung wirtschaftlicher und effizienter zu drucken.

Doch um welche Legierung geht es? GRCop-42 wurde von der NASA entwickelt und besteht aus Kupfer, Chrom und Niob. Die Legierung kommt vorwiegend in Brennkammern von Raketentriebwerken zum Einsatz. Dabei bietet sie eine gute Ermüdungsfestigkeit, eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und eine ausgezeichnete Kriechbeständigkeit.

Trotz ihres großen Anwendungspotenzials lässt sich diese Legierung nur sehr schwer additiv verarbeiten. Der 3D-Druck erfordert eine sehr hohe Laserleistung und damit spezialisierte Anlagen sowie erhebliche Ressourcen.

Zahlreiche Versuche wurden bereits unternommen, doch solche Versuchsreihen sind zeit- und kostenintensiv. Die Forschenden der Washington State University griffen deshalb auf KI zurück, um unterschiedliche Druckparameter schnell und kostengünstig zu testen.

Links ein Beispiel für einen fehlgeschlagenen 3D-Druck, rechts eine erfolgreich gefertigte Probe (Bildnachweis: Nathaniel W. Zuckschwerdt/WSU)

GRCop-42 drucken: Wie funktioniert das?

Als Ausgangsbasis dienten 37 fehlgeschlagene Versuche der School of Mechanical and Materials Engineering. Daraus entwickelten die Forschenden ein Modell, das vorhersagen sollte, welche Parameterkombinationen funktionieren und welche nicht. Anschließend testete das Team sämtliche von der KI ausgewählten Parameterkombinationen. Auch Fehlschläge waren dabei aufschlussreich, weil die entsprechenden Ergebnisse das Modell um weitere Daten ergänzten.

Studienleiter Janardhan Rao Doppa erklärt: „Das ist ein sehr schwieriger Anwendungsfall für KI. Bei jedem Versuch erhalten wir im Wesentlichen eine binäre Rückmeldung – Erfolg oder Misserfolg – und versuchen, die Zahl der Versuche zu minimieren, um sehr schnell zu diesen seltenen erfolgreichen Konfigurationen zu gelangen.“

Die Ergebnisse

Insgesamt führte das Team innerhalb von drei Monaten vierzig Experimente durch und ermittelte sechs Konfigurationen, mit denen sich die Legierung bei unterschiedlichen Laserleistungen additiv fertigen ließ. Erstmals konnte GRCop-42 mit einer Laserleistung von lediglich 500 Watt im 3D-Druck verarbeitet werden.

Dieser Fortschritt könnte Universitäten, Unternehmen und kleineren Laboren den Zugang zu der Metalllegierung ermöglichen und zugleich den Energieverbrauch senken. Spezialisierte, große und kostspielige Anlagen wären dann nicht mehr erforderlich – zumindest ist das das Ziel. Weitere Informationen enthält die Pressemitteilung hier.

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*Titelbildnachweis: Stanford Advanced Materials