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,？

上海集棧科技創(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,。

上海集棧科技的計(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,。集棧科技將航天工程學(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,，上海集棧科技不僅停留在理論階段,，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,。”林一祎介紹,，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,，上海集棧科技利用計(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,，上海集棧科技還在再生醫(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)特的正向開發(fā)體系,，通過計(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�,？萍荚诙鄠�(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