以下文章来源于铸造技术杂志 ，作者《铸造技术》
近年来，随着高性能计算技术和先进实验表征技术的迅速发展，数据驱动的研究、建模、仿真和先进制造已经成为一种智能设计-制造范式。由于材料研发必须与制造、质量控制和自动化、验证、材料合成、加工、表征和性能测量等多方面相结合，就形成了以高通量计算、数据挖掘、机器/深度学习、人工智能、增材制造等实验和模拟手段来揭示先进材料开发中组成-加工-结构-性能关系的独特策略——集成计算材料工程（ICME Integrated Computational Materials Engineering）。一系列官方文件和计划概述了计算材料工程的独特挑战和机遇，以及未来可传承的集成智能制造的战略蓝图，彰显了ICME的数字孪生设计范式对于加快新型先进材料的发现和应用的至关重要性。西北工业大学张颖等人通过集成3D打印技术，实现了系统设计和制备的数字孪生。
文章亮点
(1) 采用试样高通量制备阵列组合系统制备的蜡模精度高，功能模块单元组合灵活、方便，可节省传统压模工具，降低成本、减少力学性能试样的加工量和原材料消耗、缩短制备时间。
(2) 该集成系统还可用于砂型、金属型和精密铸造等试样的制备过程。
图文简介
图1展示了集成金属材料铸造性能测试与标准试样高通量制备系统结构的高通量铸造模型。在设计过程中，为避免合金熔体发生氧化或者夹杂，在该高通量铸造模型中浇口杯、补缩结构、直浇道和横浇道的截面面积依次递减，从而当金属熔液从浇口杯进行浇注时，可产生重力差，实现平稳充型，改善铸件的气孔及疏松缺陷，达到通过改善金属熔液凝固过程中液态金属温度场来细化晶粒、增加等轴晶粒，从而减少偏析等缺陷，获得组织较为均匀的标准试样的效果。如图 1中结构单元④所示，顶部横浇道为了便于补缩和排气，被设计为有排气孔的梯形结构。而为了防止湍流和飞溅，直浇道底部带有半球形直浇道窝，保证浇注过程中金属液的平稳充型，见图 1中结构单元③。这种集成金属材料铸造性能测试与标准试样高通量制备系统的数字孪生，大大地提高了铸造效率，节省了生产和时间成本。
①-浇口杯；②-梯形补缩区；③-直浇道和低端直浇道窝；④-横浇道；⑤-单螺旋线合金流动性试样测试系统；⑥-试样高通量制备阵列组合系统
图1 集成金属材料流动性和标准力学性能试样高通量系统的三维结构示意图
在高通量制造的基础上，该集成系统建立了高通量制备阵列组合系统，实现了标准试样高通量制备系统的按需设计与组合。如图2，基于底注法，每条横浇道上可设置圆柱和板状等不同形状的试样，实现试样高通量制备阵列的灵活组合。如图2（a）所示，每条横浇道上分别立着8根标准轴向疲劳试样、8根标准拉伸试样圆柱试棒和2块板状试样。标准试样尺寸均按照国标设计，在铸造完成后仅通过简单表面加工可直接进行拉伸、或蠕变、或疲劳等其它力学测试，大幅度减少了力学性能测试标准试样制备过程中的机械加工量和原材料消耗，缩短了制备试样时间，进一步提高了研发效率并降低研发成本。相应地，板状试样可用于加工板状试样或用于热变形加工（轧制、锻造等）其它实验。可以看出该系统中具有多个截面，一次实验可获得不同冷速下多个微观组织结构样品，为揭示金属熔体过热度、铸坯尺寸等因素对凝固组织和元素分布的影响规律提高有效途径。由于标准力学测试试样的机械加工余量在设计和模拟计算时，已经进行优化，确保结构尺寸精度时加工余量最小，所以试样的晶粒度和铸造缺陷（气孔）将小于传统铸锭取样的组织并展现出更加优良的力学性能。
