計(jì)算工程技術(shù)為金屬3D打印商業(yè)航天/液冷帶來(lái)數(shù)字革命，集棧創(chuàng)始人專訪

南極熊導(dǎo)讀：商業(yè)航天、液冷領(lǐng)域等領(lǐng)域的高性能零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，非常復(fù)雜，傳統(tǒng)工藝無(wú)法制造，只有3D打印技術(shù)才能勝任。如果從設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化突破，使得性能得以大幅提升，那么就可以發(fā)揮3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)3D打印行業(yè)的發(fā)展。所以，南極熊特別進(jìn)行了一場(chǎng)專業(yè)度非常高的采訪，高到很多采訪內(nèi)容南極熊也未能完全理解。

在2025亞洲TCT展會(huì)聚光燈下，航空航天和能源板塊的展臺(tái)前持續(xù)聚集著專業(yè)觀眾——在展品不僅包含用于能源領(lǐng)域的具有仿生特征的熱交換模組，也展出了航天領(lǐng)域許多的核心零部件。那么在設(shè)計(jì)端，如何結(jié)合增材制造實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜構(gòu)型的打印設(shè)計(jì)呢？

上海集�？萍紕�(chuàng)始人林一祎向南極熊透露："我們?cè)?024年經(jīng)歷了‘8次火箭引擎7次成功點(diǎn)火’，我們正在致力于通過(guò)計(jì)算工程（Computational Engineering）技術(shù)將航天零部件設(shè)計(jì)迭代周期從年縮短至分鐘級(jí)。"

△南極熊專訪林一祎（右）

這家位于上海的高科技軟件企業(yè)，已協(xié)同國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀企業(yè)和團(tuán)隊(duì)，對(duì)金屬3D打印與計(jì)算工程的融合推向新高度作出努力。其與合作伙伴一起打造的計(jì)算工程AI大數(shù)據(jù)庫(kù)，已積累了包含商業(yè)航天知識(shí)體系、熱管理知識(shí)體系、火箭點(diǎn)火測(cè)試數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，將賦能更多的商業(yè)航天企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)體系升級(jí)。

一、從金融到航天：跨界創(chuàng)業(yè)的初心與決心

林一祎是一位年輕的女性創(chuàng)業(yè)者，她的創(chuàng)業(yè)故事充滿了跨界與創(chuàng)新的色彩。在創(chuàng)業(yè)之前，林一祎在其他行業(yè)工作。然而，她對(duì)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的熱愛(ài)促使她決定跨界進(jìn)入實(shí)業(yè)領(lǐng)域。她敏銳地意識(shí)到，隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是金屬3D打印的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，一個(gè)全新的工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)代即將到來(lái)。

林一祎表示：“3D打印，特別是金屬3D打印，現(xiàn)在已經(jīng)有一些產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，它的前景非常好。另外，就涉及到我們公司的計(jì)算工程技術(shù)。它能夠很好的設(shè)計(jì)、快速地迭代整個(gè)商業(yè)航天復(fù)雜零部件，比如說(shuō)火箭的渦輪增壓泵、轉(zhuǎn)向閥這種非常復(fù)雜構(gòu)件的設(shè)計(jì)迭代，可以助力整個(gè)商業(yè)航天在設(shè)計(jì)端的迭代速度，所以我對(duì)這塊非常感興趣。而且，覺(jué)得我們中國(guó)的商業(yè)航天接下來(lái)的前景也非常的好，希望能夠在這一領(lǐng)域做出一點(diǎn)小小的貢獻(xiàn)�！�

二、根植商業(yè)航天：解構(gòu)計(jì)算工程的賦能火箭設(shè)計(jì)背后的邏輯

在傳統(tǒng)的航天器設(shè)計(jì)過(guò)程中，一個(gè)新的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)可能需要長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間來(lái)完成設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試和優(yōu)化。然而，上海集�？萍�基于計(jì)算工程的智能算法，讓這一過(guò)程縮短到幾十分鐘，極大地提高了火箭設(shè)計(jì)的迭代效率。

“計(jì)算工程的核心在于將數(shù)學(xué)函數(shù)寫入計(jì)算機(jī)程序，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)�！绷忠坏t解釋道，這種方法不僅減少了人工計(jì)算的錯(cuò)誤，還能快速調(diào)整設(shè)計(jì)方案，探索最優(yōu)解。

上海集�？萍嫉挠�(jì)算工程技術(shù)在航天發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的三大應(yīng)用：

(1)   優(yōu)化熱管理系統(tǒng)：最大化比表面積，最小化壓損，提高換熱效率。

(2)   迭代推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：將傳統(tǒng)工程師的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入AI模型，實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化。

(3)   自動(dòng)生成仿生結(jié)構(gòu)：通過(guò)數(shù)學(xué)建模，使發(fā)動(dòng)機(jī)具備更高效的流體動(dòng)力學(xué)特性。

"傳統(tǒng)航天設(shè)計(jì)如同手工刺繡，我們的方法則是智能織布機(jī)。"林一祎用比喻闡釋技術(shù)革新。以液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵集成化設(shè)計(jì)為例：

維度	傳統(tǒng)模式	計(jì)算工程模式
迭代周期	6-12個(gè)月	45分鐘
設(shè)計(jì)變量	有限參數(shù)	多任務(wù)參數(shù)
制造驗(yàn)證	物理樣機(jī)測(cè)試	數(shù)字孿生+小批量試制驗(yàn)證
知識(shí)傳承	工程師經(jīng)驗(yàn)傳承	結(jié)構(gòu)化工程AI庫(kù)

傳統(tǒng)航天設(shè)計(jì)VS計(jì)算工程：設(shè)計(jì)范式的代際跨越

這種轉(zhuǎn)變?cè)从诘讓蛹夹g(shù)架構(gòu)的革新。集�？萍紝⒑教旃こ虒W(xué)、物理驗(yàn)證等數(shù)據(jù)代碼化，構(gòu)建了包含多個(gè)核心算法的航天、能源行業(yè)專用模塊庫(kù)。

當(dāng)然，上海集�？萍疾粌H停留在理論階段，還在實(shí)際測(cè)試中驗(yàn)證了計(jì)算工程設(shè)計(jì)的有效性。“2024年我們進(jìn)行了8次點(diǎn)火測(cè)試，成功了7次。失敗的那一次的材料是我們用鋁合金進(jìn)行非常前沿的探索，主要是為了獲取材料的性能反饋，未來(lái)鋁合金如果能用在商業(yè)航天上也是一個(gè)非常大的飛躍�！绷忠坏t介紹，這些測(cè)試數(shù)據(jù)反哺到計(jì)算模型中，使得設(shè)計(jì)迭代更加精準(zhǔn)高效。

在2024年8月的連續(xù)點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)中，其中一體化氣動(dòng)塞式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有著優(yōu)良的表現(xiàn)，它具有外觀簡(jiǎn)潔內(nèi)部復(fù)雜、一體化、增重適中、優(yōu)良熱管理體系等優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)迭代，提升了燃料的燃燒效率，使得燃料的需求量下降，抵消了由于結(jié)構(gòu)而增加的重量。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路：

(1)   計(jì)算工程允許工程師在幾分鐘內(nèi)從抽象的輸入規(guī)格（如推進(jìn)劑類型、期望推力、壓力狀態(tài)包括不限于環(huán)境壓力，目標(biāo)出口壓力，最大噴嘴膨脹，最大噴嘴直徑等參數(shù)），從而重新計(jì)算等熵流動(dòng)條件和火箭方程，直到找到合適的解，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為可制造的發(fā)動(dòng)機(jī)文件。

(2)   依據(jù)制造工藝設(shè)定最小壁厚。

(3)   進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)。

"我們正在一步步攻克銅合金打印、一體化設(shè)計(jì)、低成本研發(fā)、熱管理等方面的挑戰(zhàn)。"林一祎解釋到。這將為商業(yè)航天降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期、實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)制造帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。

這些測(cè)試主要應(yīng)用于液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，也已經(jīng)探索液氧液氫、液氧甲烷等新型燃料，并且已經(jīng)在進(jìn)一步探索中大型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同航天任務(wù)的需求。

三、熱管理與液冷結(jié)構(gòu)：航天與算力的技術(shù)共振

計(jì)算工程在液冷系統(tǒng)中同樣發(fā)揮了巨大作用。在上海集棧與易加三維聯(lián)合展示的異形流道構(gòu)件中，南極熊看到了到技術(shù)遷移的典型案例。例如，航天場(chǎng)景中的液氧甲烷燃料異性冷卻通道，以及AI算力場(chǎng)景中的AI服務(wù)器相變液冷散熱模組。

"兩者都追求最大比表面積/最小壓損的終極平衡。"林一祎指出。比如通過(guò)植入斐波那契數(shù)列，使其最新熱交換器設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在提升換熱效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，并且可以進(jìn)行快速設(shè)計(jì)迭代，這正是計(jì)算工程跨領(lǐng)域賦能的典范。

目前，高性能計(jì)算（HPC）和AI算力越來(lái)越火，服務(wù)器的功耗也越來(lái)越大，傳統(tǒng)風(fēng)冷已經(jīng)無(wú)法滿足需求，而液冷技術(shù)成為高端計(jì)算設(shè)備的關(guān)鍵解決方案。林一祎也指出，未來(lái)隨著AI算力需求持續(xù)增長(zhǎng)，計(jì)算工程將在數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算機(jī)等行業(yè)的冷卻系統(tǒng)中扮演越來(lái)越重要的角色。

目前，上海集�？萍祭�用計(jì)算工程技術(shù)，在液冷零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以下優(yōu)化案例：

(1)   基于數(shù)學(xué)函數(shù)生成冷卻結(jié)構(gòu)，確保冷卻液最大化接觸散熱表面，提高冷卻效率。

(2)   優(yōu)化液冷通道布局，減少液體流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)最小的能量損耗。

(3)   仿生學(xué)優(yōu)化熱交換系統(tǒng)，例如借鑒自然界斐波那契數(shù)列的排列方式，提升換熱效率。

四、跨行業(yè)啟示：從太空到細(xì)胞，計(jì)算工程如何助力再生醫(yī)學(xué)？

除了航天和液冷設(shè)備等太空應(yīng)用案例，上海集�？萍歼�在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了探索。林一祎介紹，計(jì)算工程可用于開(kāi)發(fā)仿生結(jié)構(gòu)，例如仿生血管支架設(shè)計(jì)、模擬肺泡、骨骼晶格等，大幅提高醫(yī)學(xué)植入物的生物相容性。

具體的應(yīng)用案例包括：

(1)   優(yōu)化人工骨結(jié)構(gòu)：通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)模擬松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨，提高植入物的力學(xué)性能。結(jié)合3D打印，實(shí)現(xiàn)更輕量化、強(qiáng)度更高的植入材料。

(2)   模擬肺泡血管壁：采用泰森多邊形算法模擬血管分布，提高人工器官的細(xì)胞生長(zhǎng)能力。可用于生物芯片和類器官實(shí)驗(yàn)，幫助醫(yī)學(xué)科研和藥物測(cè)試。

(3)   開(kāi)發(fā)生物分離結(jié)構(gòu)：利用計(jì)算工程優(yōu)化血清分離裝置，提高分離效率，減少細(xì)胞損傷。

"肺泡仿生結(jié)構(gòu)的跨尺度建模，與火箭噴注器設(shè)計(jì)存在驚人的算法共性。"這種技術(shù)遷移正在創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)迭代思路與價(jià)值。

南極熊觀察當(dāng)計(jì)算工程遇見(jiàn)金屬增材制造，商業(yè)航天正經(jīng)歷從"經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)"到"算法驅(qū)動(dòng)"的范式革命。上海集�？萍嫉奶剿鞅砻�，通過(guò)構(gòu)建"設(shè)計(jì)-制造-驗(yàn)證-優(yōu)化"的數(shù)字閉環(huán)，中國(guó)商業(yè)航天完全可能在關(guān)鍵部件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。正如展臺(tái)上那個(gè)閃耀著金屬光澤的仿生流道構(gòu)件——它既是數(shù)學(xué)公式的物化呈現(xiàn)，更是智能制造時(shí)代的航天宣言。

五、計(jì)算工程與AI的結(jié)合：推動(dòng)3D打印

談及當(dāng)下發(fā)展火熱的AI技術(shù)，林一祎表示，上海集�？萍嫉挠�(jì)算工程技術(shù)與DeepSeek等AI大模型有一定相通之處，但側(cè)重點(diǎn)不同。諸如DeepSeek 一類的AI模型訓(xùn)練的是文本和圖片數(shù)據(jù)，用于自然語(yǔ)言處理和圖像生成。計(jì)算工程AI 訓(xùn)練的是工程經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)反饋數(shù)據(jù)和物理模型，用于設(shè)計(jì)迭代和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

上海集棧科技構(gòu)建了一套獨(dú)特的正向開(kāi)發(fā)體系，通過(guò)計(jì)算工程技術(shù)，打破傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的局限，實(shí)現(xiàn)了從需求到制造的完整閉環(huán)生態(tài)。這一體系涵蓋需求輸入、多物理場(chǎng)耦合仿真/實(shí)測(cè)、增材工藝與材料適配、計(jì)算工程設(shè)計(jì)迭代、以及最終的驗(yàn)證測(cè)試，確保了設(shè)計(jì)與制造的無(wú)縫銜接。

計(jì)算工程生成結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性，例如三周期極小曲面（TPMS）等，使其在傳統(tǒng)制造工藝中難以實(shí)現(xiàn)，而3D打印技術(shù)的興起，為這一前沿技術(shù)提供了理想的制造手段。目前，上海集棧科技在多個(gè)領(lǐng)域利用金屬3D打印，將計(jì)算工程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，包括：

(1)   航天發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴

(2)   AI算力服務(wù)器液冷散熱器

(3)   再生醫(yī)學(xué)植入物

(4)   工業(yè)級(jí)復(fù)雜流道結(jié)構(gòu)

……

“我們打造的是工程AI平臺(tái)，讓計(jì)算機(jī)基于歷史數(shù)據(jù)和邊界條件，自主優(yōu)化航天器、液冷系統(tǒng)及再生醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)�！彼�說(shuō)道。這種AI+工程計(jì)算的方式，使得企業(yè)能夠在短時(shí)間內(nèi)探索更廣泛的設(shè)計(jì)可能性，大幅提高工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新速度。

上海集�？萍嫉恼�向開(kāi)發(fā)體系，不僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)方法，更是一種全新的工業(yè)工程模式。它打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造的割裂狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了：從需求到產(chǎn)品的全流程數(shù)字化、從仿真到制造的高效閉環(huán)、從人工設(shè)計(jì)到AI優(yōu)化的智能迭代。

未來(lái)，隨著AI、3D打印、計(jì)算工程的融合加深，這種智能化設(shè)計(jì)-制造閉環(huán)模式將進(jìn)一步解鎖復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造能力，甚至可能成為高端制造行業(yè)的主流設(shè)計(jì)方式或者標(biāo)準(zhǔn)范式。

結(jié)語(yǔ)：計(jì)算工程正引領(lǐng)工業(yè)設(shè)計(jì)新時(shí)代

在2025年亞洲TCT展會(huì)上，上海集�？萍颊故玖似湓谏虡I(yè)航天火箭零部件設(shè)計(jì)迭代領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力。通過(guò)計(jì)算工程技術(shù)，該公司不僅大幅縮短了設(shè)計(jì)迭代時(shí)間，還為熱管理、液冷和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供了創(chuàng)新的解決方案。

通過(guò)數(shù)學(xué)建模、AI優(yōu)化和3D打印制造，計(jì)算工程正以前所未有的速度推進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品的迭代升級(jí)。隨著計(jì)算工程技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我們有理由相信，上海集棧科技能夠取得更大的突破，為全球工業(yè)設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的驚喜。

厲害