美國大學(xué)WPI獲630萬美元DARPA資助，研發(fā)廢金屬現(xiàn)場3D打印技術(shù)

2025年6月，南極熊獲悉，美國大學(xué)Worcester Polytechnic Institute (WPI)獲得Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)630萬美元資助，開發(fā)一項(xiàng)利用廢金屬進(jìn)行現(xiàn)場增材制造的機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)工藝。項(xiàng)目名為"Rubble to Rockets"(廢墟變火箭)，目的是識(shí)別分析混合材料在熔化、組合并3D打印成功能部件前的行為特性?？捎糜谠诔Ｒ?guī)供應(yīng)鏈無法使用的環(huán)境中生產(chǎn)必要組件，如偏遠(yuǎn)救援行動(dòng)或沖突地區(qū)。



項(xiàng)目首席研究員、機(jī)械與材料工程學(xué)系副教授Danielle Cote表示："這項(xiàng)工作至關(guān)重要，讓我們能夠從未知來源材料構(gòu)建高質(zhì)量組件。我們目標(biāo)不僅是構(gòu)建單一解決方案，更是創(chuàng)建指導(dǎo)未來創(chuàng)新的框架。通過改善對(duì)材料性能的預(yù)測和理解，可以為多樣化且不可預(yù)測來源的增材制造奠定基礎(chǔ)。"Cote將與WPI助理研究教授Kyle Tsaknopoulos合作，團(tuán)隊(duì)包括博士、碩士和本科生，項(xiàng)目計(jì)劃于2027年11月完成。

研究目標(biāo)與行業(yè)合作
研究團(tuán)隊(duì)將利用Citrine Informatics開發(fā)的人工智能工具預(yù)測各種材料組合的行為，優(yōu)化自動(dòng)化材料表征過程，實(shí)現(xiàn)更快制造同時(shí)不犧牲耐久性或強(qiáng)度。作為實(shí)際演示，研究人員將開發(fā)原型探空火箭，測試混合金屬制造組件的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性。

項(xiàng)目涉及多家分包商合作，包括Siemens、負(fù)責(zé)廢料轉(zhuǎn)換為粉末的Nightshade Corporation，以及兩家由WPI校友創(chuàng)立的公司：Solvus Global和VALIS Insights。這些合作伙伴關(guān)系結(jié)合了冶金、自動(dòng)化和回收領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，通過讓學(xué)生參與應(yīng)用型跨學(xué)科研究支持勞動(dòng)力發(fā)展。

Solvus Global首席執(zhí)行官Aaron Birt表示："制造業(yè)的未來處于軟件、機(jī)器人、人工智能、材料科學(xué)和機(jī)械工程等多學(xué)科交叉點(diǎn)。"

VALIS Insights聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Emily Molstad補(bǔ)充道，隨著生產(chǎn)商和制造商尋求可靠廢料供應(yīng)和更高回收含量以降低成本，回收行業(yè)正變得越來越垂直整合："通過該項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)將釋放新水平的升級(jí)再利用能力，不僅適用于遠(yuǎn)程資源受限地區(qū)，還可應(yīng)用于整個(gè)回收價(jià)值鏈，有潛力增強(qiáng)國內(nèi)制造能力。"



廣泛應(yīng)用與潛在影響
此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)超軍事用途，包括交通、能源和應(yīng)急響應(yīng)領(lǐng)域，通過解決材料可變性、設(shè)備便攜性和預(yù)測準(zhǔn)確性等挑戰(zhàn)，研究有望為更具韌性和可持續(xù)性的制造解決方案鋪平道路，既適用于緊急響應(yīng)場景，也適用于長期基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。

廢金屬3D打印技術(shù)進(jìn)展
隨著可持續(xù)性成為金屬3D打印行業(yè)關(guān)鍵焦點(diǎn)，循環(huán)材料和回收解決方案需求顯著增長。2021年，奧地利工程公司Incus與European Space Agency合作研究月球表面廢金屬如何處理再利用于3D打印月球站備用零部件。這一合作包括陶瓷3D打印專家Lithoz和德國太空技術(shù)集團(tuán)OHB SE子公司OHB System，共同開發(fā)測試Incus基于光刻的金屬制造(LMM)3D打印技術(shù)在微重力條件下將月球廢金屬轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量功能部件的潛力。

此外，日本電子巨頭Seiko Epson Corporation旗下材料制造商Epson Atmix Co (Atmix)于2022年4月宣布計(jì)劃到2025年建立新金屬粉末生產(chǎn)設(shè)施。這座即將建成的工廠設(shè)計(jì)融入金屬回收能力，實(shí)現(xiàn)廢金屬轉(zhuǎn)化為優(yōu)化3D打印合金粉末。

南極熊點(diǎn)評(píng)
WPI的"Rubble to Rockets"項(xiàng)目代表了增材制造領(lǐng)域向可持續(xù)性和供應(yīng)鏈彈性方向的重要進(jìn)步。通過結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、材料科學(xué)和3D打印技術(shù)，研究人員正開發(fā)一種創(chuàng)新方法，將廢金屬轉(zhuǎn)化為高性能零部件，不僅具有軍事價(jià)值，還有望在民用領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響，從緊急救援到可持續(xù)制造。隨著全球?qū)U金屬回收利用技術(shù)興趣增長，WPI項(xiàng)目處于一個(gè)快速發(fā)展的研究前沿，有潛力徹底改變我們對(duì)材料來源和制造地點(diǎn)的思考方式，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)和本地化生產(chǎn)提供新途徑。