Ad-Proc-Add II 通過仿真和自動化推動混合增材制造

2025年4月13日，南極熊獲悉，一個來自奧地利、德國和比利時的跨國研究聯(lián)盟推出了混合增材制造的新技術(shù)框架，重點關(guān)注預(yù)測模擬、材料效率和數(shù)字自動化。項目名為Ad-Proc-Add II（增材制造零件先進加工 II），聯(lián)合工作由機械工程研究協(xié)會(FKM)、ecoplus 機電一體化集群和研究型大學(xué)魯汶大學(xué)負責(zé)協(xié)調(diào)。資金來自奧地利的FFG 、德國的BMWK和法蘭德斯的VLAIO。

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

項目的核心是通過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 打印部件開發(fā)了新的支撐結(jié)構(gòu)，以減少材料浪費并簡化后處理過程中的移除。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)進行測試，然后采用傳統(tǒng)加工進行精加工。刀具路徑規(guī)劃由新的工藝數(shù)據(jù)庫指導(dǎo)，該數(shù)據(jù)庫將幾何輸入與材料特性和機床參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，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)測多個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器配置中得到驗證。通過在打印前模擬零件變形，工程師可以主動修改刀具路徑或支撐配置。這種方法提高了尺寸可靠性，無需多次原型迭代。該項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。

為了支持自動化，項目還開發(fā)了一個規(guī)劃架構(gòu)，將仿真輸出與刀具路徑生成軟件連接起來。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)庫中，標志著我們在閉環(huán)數(shù)據(jù)驅(qū)動制造工作流程方面取得了重大進展。

產(chǎn)業(yè)合作確保現(xiàn)實世界的相關(guān)性

這項研究由多特蒙德工業(yè)大學(xué)機械加工技術(shù)研究所(ISF)、斯圖加特大學(xué)機床研究所(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)共同開展。與此同時，工具制造商、機械制造商、軟件開發(fā)人員和工業(yè)終端用戶也針對實際生產(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、減法和檢測步驟的優(yōu)化集成。圖片來自 Ad-Proc-Add II。

ecoplus 機電一體化集群項目經(jīng)理DI Benjamin Losert 強調(diào)了實際集成的重要性：“我們已經(jīng)看到一些公司對將我們開發(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 展會上展示，并在同行評審論壇上發(fā)表，此外還為工業(yè)工程師和技術(shù)經(jīng)理舉辦了專門的研討會。項目還通過開發(fā)改進的工具、夾具概念以及面向設(shè)計和生產(chǎn)人員的數(shù)字概要來支持中小企業(yè)的采用，從而降低進入門檻并降低實施風(fēng)險。

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)測的工藝交互、過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，解決了這些問題。這種統(tǒng)一的工作流程減少了猜測，縮短了開發(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)重于機器集成；Ad-Proc-Add II 將重點轉(zhuǎn)向了過程智能。其數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的規(guī)劃方法可以實現(xiàn)在航空航天、模具和醫(yī)療行業(yè)的可擴展部署，因為這些行業(yè)的幾何復(fù)雜性和功能公差至關(guān)重要。

后續(xù)項目正在開發(fā)中，旨在進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。有意者請聯(lián)系FKM，郵箱：info@fkm-net.de ，索取最終技術(shù)報告。更多文檔請訪問www.ad-proc-add.eu