Ad-Proc-Add II 通過(guò)仿真和自動(dòng)化推動(dòng)混合增材制造

2025年4月13日，南極熊獲悉，一個(gè)來(lái)自?shī)W地利、德國(guó)和比利時(shí)的跨國(guó)研究聯(lián)盟推出了混合增材制造的新技術(shù)框架，重點(diǎn)關(guān)注預(yù)測(cè)模擬、材料效率和數(shù)字自動(dòng)化。項(xiàng)目名為Ad-Proc-Add II（增材制造零件先進(jìn)加工 II），聯(lián)合工作由機(jī)械工程研究協(xié)會(huì)(FKM)、ecoplus 機(jī)電一體化集群和研究型大學(xué)魯汶大學(xué)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。資金來(lái)自?shī)W地利的FFG 、德國(guó)的BMWK和法蘭德斯的VLAIO。

△Ad-Proc-Add II 由歐洲研究機(jī)構(gòu)支持，并由 FKM、ecoplus 和魯汶天主教大學(xué)協(xié)調(diào)。圖片來(lái)自 ad-proc-add.eu。

項(xiàng)目的核心是通過(guò)緊密集成的工藝流程優(yōu)化增減材制造 (ASM) 鏈。工程師為金屬 3D 打印部件開(kāi)發(fā)了新的支撐結(jié)構(gòu)，以減少材料浪費(fèi)并簡(jiǎn)化后處理過(guò)程中的移除。這些支撐結(jié)構(gòu)采用激光束粉末床熔融 (PBF-LB/M) 和定向能量沉積 (DED) 系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，然后采用傳統(tǒng)加工進(jìn)行精加工。刀具路徑規(guī)劃由新的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)，該數(shù)據(jù)庫(kù)將幾何輸入與材料特性和機(jī)床參數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而優(yōu)化增減材操作之間的排序。

研究人員構(gòu)建了數(shù)值模擬模型，用于預(yù)測(cè)多個(gè)工藝階段中的熱變形、殘余應(yīng)力和最終零件幾何形狀。這些模型已在各種金屬合金和機(jī)器配置中得到驗(yàn)證。通過(guò)在打印前模擬零件變形，工程師可以主動(dòng)修改刀具路徑或支撐配置。這種方法提高了尺寸可靠性，無(wú)需多次原型迭代。該項(xiàng)目還旨在更深入地了解工藝參數(shù)和制造策略如何影響返工部件的幾何形狀、表面質(zhì)量和邊界區(qū)域?qū)傩�，從而能夠精確定制這些部件以滿足預(yù)先定義的性能要求。

為了支持自動(dòng)化，項(xiàng)目還開(kāi)發(fā)了一個(gè)規(guī)劃架構(gòu)，將仿真輸出與刀具路徑生成軟件連接起來(lái)。這使得混合系統(tǒng)能夠根據(jù)增材制造輪廓調(diào)整加工策略，確保在精加工步驟中保持公差。將這些功能集成到生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，標(biāo)志著我們?cè)陂]環(huán)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造工作流程方面取得了重大進(jìn)展。

產(chǎn)業(yè)合作確保現(xiàn)實(shí)世界的相關(guān)性

這項(xiàng)研究由多特蒙德工業(yè)大學(xué)機(jī)械加工技術(shù)研究所(ISF)、斯圖加特大學(xué)機(jī)床研究所(IfW)、維也納工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與光子技術(shù)研究所(IFT)、FOTEC、托馬斯·莫爾梅赫倫-安特衛(wèi)普大學(xué)、GFE Schmalkalden和魯汶大學(xué)共同開(kāi)展。與此同時(shí)，工具制造商、機(jī)械制造商、軟件開(kāi)發(fā)人員和工業(yè)終端用戶也針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的功能需求和約束條件提供了反饋。此次合作指導(dǎo)了材料、工藝變量和模擬保真度的選擇。

△工藝流程展示了加法、減法和檢測(cè)步驟的優(yōu)化集成。圖片來(lái)自 Ad-Proc-Add II。

ecoplus 機(jī)電一體化集群項(xiàng)目經(jīng)理DI Benjamin Losert 強(qiáng)調(diào)了實(shí)際集成的重要性：“我們已經(jīng)看到一些公司對(duì)將我們開(kāi)發(fā)的技術(shù)集成到其生產(chǎn)系統(tǒng)中表現(xiàn)出了濃厚的興趣。” 研究成果已在 EMO、METAV和Formnext 展會(huì)上展示，并在同行評(píng)審論壇上發(fā)表，此外還為工業(yè)工程師和技術(shù)經(jīng)理舉辦了專門(mén)的研討會(huì)。項(xiàng)目還通過(guò)開(kāi)發(fā)改進(jìn)的工具、夾具概念以及面向設(shè)計(jì)和生產(chǎn)人員的數(shù)字概要來(lái)支持中小企業(yè)的采用，從而降低進(jìn)入門(mén)檻并降低實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

雖然混合增材制造并非新鮮事物，但其更廣泛的工業(yè)應(yīng)用卻因不可預(yù)測(cè)的工藝交互、過(guò)多的后處理以及不連貫的軟件生態(tài)系統(tǒng)而受到阻礙。Ad-Proc-Add II 通過(guò)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將零件幾何形狀、仿真模型和加工邏輯連接起來(lái)，解決了這些問(wèn)題。這種統(tǒng)一的工作流程減少了猜測(cè)，縮短了開(kāi)發(fā)周期，并提高了零件質(zhì)量的可重復(fù)性。先前的混合增材制造研究側(cè)重于機(jī)器集成；Ad-Proc-Add II 將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了過(guò)程智能。其數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的規(guī)劃方法可以實(shí)現(xiàn)在航空航天、模具和醫(yī)療行業(yè)的可擴(kuò)展部署，因?yàn)檫@些行業(yè)的幾何復(fù)雜性和功能公差至關(guān)重要。

后續(xù)項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)中，旨在進(jìn)一步將這些模擬和數(shù)據(jù)規(guī)劃工具嵌入到商業(yè)系統(tǒng)中。有意者請(qǐng)聯(lián)系FKM，郵箱：info@fkm-net.de ，索取最終技術(shù)報(bào)告。更多文檔請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.ad-proc-add.eu