一款基于3D打印工艺预测、性能数据库和全动态工艺自适应调整的黑科技软件

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导读:这款黑科技软件强在哪里?

1. 输入材料成分及粉末粒度,自动输出适配工艺及对应性能;

2. 完备的工艺性能数据库,修改参数,性能随之改变;

3. 工艺参数全动态自适应在线调整。

金属SLM工艺调试会花费大量时间、材料和金钱,在当下我们已经比较熟知的Ti6Al4V、AlSi10Mg、316L不锈钢等材料成熟打印工艺背后,是SLM设备商不断调试优化的结果,这些投入可能是数百公斤材料也可能是几十万人民币。等到设备成熟稳定之后,新材料的开发仍旧要花费工艺人员大量时间和精力。而这款OPTOMET软件,似乎在将材料的调试和性能优化变得简单。除此之外,我们之前所听到的材料性能数据库以及工艺参数的自适应在线调整方案,今天也成为了现实。

工艺参数优化与性能数据库智能软件

OPTOMET是由DMG MORI联合INTECH合作开发出的粉末床熔融工艺参数优化软件,INTECH是印度3D打印领域领先的软件解决方案提供商,对增材制造领域的人工智能深有研究。OPTOMET采用自调节和自学习算法,可在数分钟内计算出SLM工艺所需的全部参数,而无需工艺人员进行繁琐的优化测试。这款软件的性能数据库功能同样惊人,它汇集了多所大学数年时间的研究成果。

1.工艺参数自动优化功能

正如我们所看到的,用户在拿到一款新材料之后,只需要输入材料的组成元素、相应含量以及粉末粒度,软件即可自动匹配这款材料相应的工艺参数。

在内置元素周期表中选择材料组成元素并输入含量

工艺的确定首先需要确定分层厚度,软件可自动输出最佳的工艺参数,并给出相应的性能数据,如打印件的硬度、孔隙率以及拉伸强度等。

只要输入层厚,即可计算出一组工艺参数

在假定与实际测试数据不会相差太大的情况下,工艺参数的自动匹配和优化功能可以大大简化参数的选择范围,工艺人员仅需要有限的实验次数即可得到理想的数据。

是否使用OPTOMET进行工艺优化的制件表面粗糙度对比

与此同时,OPTOMET对于粉末因不断循环使用而造成的工艺不再匹配也具有指导功能,其内置的粉末特性数据也可基于使用次数优化工艺组合,提高粉末的利用率。

可针对粉末循环使用造成的质量下降匹配新工艺

2.参数修改与性能预测功能

对于3D打印而言,一种材料可以匹配多种工艺组合。同样的,OPTOMET提供了参数间的匹配功能,修改一个参数,其他参数都会随之发生改变,与此同时,材料的性能也会计算出一组新的数据。

修改参数自动匹配新工艺

参数修改与性能预测功能能够方便用户通过性能数据判断是否可以选择更快的打印速度。此外,该功能对于制备梯度材料、各向异性材料也存在指导意义。

全动态工艺—参数的自适应在线调节功能

CELOS SLM功能集成

DMG MORI金属打印机的控制软件被称为CELOS SLM,它是一站式、全集成和统一用户界面的CAM编程和机床控制软件解决方案。这款软件的亮点是其全动态的自适应曝光策略。在整个工件成形过程中,控制系统能够准确地将10 µs周期时间内需要的能量输入到粉床中。而所有与工艺有关的参数,如扫描速度、激光功率和光斑直径,都在程序中定义。这项功能可以最大程度避免材料变形和应力集中,即使厚度很薄的水平和垂直壁板也能进行可靠的生产。

DMG 3D打印的铝合金粉末喷嘴固定器

笔者认为,这一功能的实现是基于打印过程中的智能监控和数据分析所做出的实时调整。3D打印技术参考曾在往期文章中提到

卡内基梅隆大学

和雷尼绍都曾进行相关研究。卡内基梅隆大学研究人员将3D打印和机器学习结合起来创建了一种机器学习算法,该算法对激光粉末床熔融技术进行实时过程监控,并对打印过程中的异常情况自动纠错。而雷尼绍则推出了被称为LaserVIEW和MeltVIEW的监控系统,前者使用光敏二极管测量激光能量强度,后者则通过红外线感知熔池温度,两个数据通过其分析软件得到反馈,可以了解整个加工中的零件质量,同时以高分辨率检测激光和熔池特性。

工艺全动态在线调整功能对制备高质量部件至关重要

CELOS似乎是将上述研究成果实现了进一步商品化,自适应的在线工艺调整对于安全、高质量生产具有重要意义。

END

关于金属粉末床3D打印工艺的前言技术,不外乎本文提到的这几项功能以及工艺仿真,这些功能的实现均需要大量的数据积累、智能算法和在线控制能力。虽然我们会怀疑工艺预测和仿真预测的准确性以及对设备的依赖性,但不得不承认这确实是产品竞争差异化和研究能力深入的一种体现。在这方面,国内需要由知名设备商或国家级的研究平台牵头来做这件事。

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