In laboratorio, l’IA trova i parametri DED a 500 W per una lega NASA

Su un sistema a cinque assi di deposizione a energia diretta (DED) alimentato a polvere, ricercatori della Washington State University e dell’Università del Minnesota hanno trovato un metodo praticabile per stampare la lega di rame GRCop-42 della NASA con una potenza laser di 500 W. Il loro metodo guidato dall’intelligenza artificiale (IA), chiamato BEAM, ha raggiunto il livello più basso testato dopo 37 esperimenti falliti condotti nell’arco di diversi mesi. I pezzi sono dimostrazioni di laboratorio, non componenti qualificati per il settore aerospaziale.

Il DED è un processo di stampa 3D dei metalli che usa un laser e un flusso di polvere metallica per costruire un pezzo. GRCop-42 è una lega di rame, cromo e niobio sviluppata dalla NASA per applicazioni aerospaziali ad alta temperatura. La sua conducibilità termica e le sue proprietà alle alte temperature la rendono adatta a componenti esposti a flussi termici elevati, ma il rame assorbe relativamente poca radiazione infrarossa dai laser convenzionali a fibra e dissipa rapidamente il calore dalla regione di lavorazione. Il team descrive come particolarmente difficile definire una finestra di processo al di sotto di 900 W.

BEAM restringe la ricerca imparando dalle stampe precedenti, riuscite e fallite, selezionando combinazioni di parametri promettenti e aggiornando il proprio modello dopo ogni test fisico. A differenza dell’ottimizzazione bayesiana convenzionale, che in genere cerca un valore ottimale, BEAM cerca più configurazioni praticabili e usa le conoscenze del settore per escludere le combinazioni irrealistiche. In questo studio ha testato potenze laser fisse di 950 W, 700 W, 600 W e 500 W, con un budget iniziale di dieci esperimenti per ciascun livello.

Le configurazioni riuscite hanno evidenziato un elemento del processo: in genere abbinavano velocità di scansione elevate ad altezze degli strati ridotte. Una configurazione praticabile a 700 W usava una velocità di scansione di 1.600 mm/min e un’altezza dello strato di 0,11 mm. A 500 W, la configurazione riuscita usava una velocità di scansione di 250 mm/min e un’altezza dello strato di 0,3 mm. I ricercatori hanno prima dimostrato i parametri su blocchi di prova, poi hanno prodotto campioni cilindrici più grandi. Dopo la lavorazione, un cilindro stampato a 700 W ha mostrato un interno compatto con difetti minimi, mentre la sua sezione trasversale mostrava una transizione uniforme tra Inconel 718 e GRCop-42.

La conseguenza pratica è un percorso più breve e mirato per i team che definiscono i parametri della manifattura additiva dei metalli: lo studio si è concentrato sulla riduzione del tempo e delle risorse necessari per identificare condizioni praticabili e afferma che il risultato potrebbe ampliare l’accesso ai sistemi DED a potenza più bassa. La campagna è durata tre mesi, ma non ha qualificato i pezzi per l’impiego aerospaziale. Il prossimo passo dei ricercatori è estendere BEAM ad altre leghe e composizioni.