一款基于3D打印工藝預(yù)測、性能數(shù)據(jù)庫和全動態(tài)工藝自適應(yīng)調(diào)整的黑科技軟件

來源：3D打印技術(shù)參考

屬SLM工藝調(diào)試會花費大量時間、材料和金錢，在當(dāng)下我們已經(jīng)比較熟知的Ti6Al4V、AlSi10Mg、316L不銹鋼等材料成熟打印工藝背后，是SLM設(shè)備商不斷調(diào)試優(yōu)化的結(jié)果，這些投入可能是數(shù)百公斤材料也可能是幾十萬人民幣。等到設(shè)備成熟穩(wěn)定之后，新材料的開發(fā)仍舊要花費工藝人員大量時間和精力。而這款OPTOMET軟件，似乎在將材料的調(diào)試和性能優(yōu)化變得簡單。除此之外，我們之前所聽到的材料性能數(shù)據(jù)庫以及工藝參數(shù)的自適應(yīng)在線調(diào)整方案，今天也成為了現(xiàn)實。

工藝參數(shù)優(yōu)化與性能數(shù)據(jù)庫智能軟件
OPTOMET是由DMG MORI聯(lián)合INTECH合作開發(fā)出的粉末床熔融工藝參數(shù)優(yōu)化軟件，INTECH是印度3D打印領(lǐng)域領(lǐng)先的軟件解決方案提供商，對增材制造領(lǐng)域的人工智能深有研究。OPTOMET采用自調(diào)節(jié)和自學(xué)習(xí)算法，可在數(shù)分鐘內(nèi)計算出SLM工藝所需的全部參數(shù)，而無需工藝人員進行繁瑣的優(yōu)化測試。這款軟件的性能數(shù)據(jù)庫功能同樣驚人，它匯集了多所大學(xué)數(shù)年時間的研究成果。



1.工藝參數(shù)自動優(yōu)化功能
正如我們所看到的，用戶在拿到一款新材料之后，只需要輸入材料的組成元素、相應(yīng)含量以及粉末粒度，軟件即可自動匹配這款材料相應(yīng)的工藝參數(shù)。

在內(nèi)置元素周期表中選擇材料組成元素并輸入含量

工藝的確定首先需要確定分層厚度，軟件可自動輸出最佳的工藝參數(shù)，并給出相應(yīng)的性能數(shù)據(jù)，如打印件的硬度、孔隙率以及拉伸強度等。

只要輸入層厚，即可計算出一組工藝參數(shù)

在假定與實際測試數(shù)據(jù)不會相差太大的情況下，工藝參數(shù)的自動匹配和優(yōu)化功能可以大大簡化參數(shù)的選擇范圍，工藝人員僅需要有限的實驗次數(shù)即可得到理想的數(shù)據(jù)。

是否使用OPTOMET進行工藝優(yōu)化的制件表面粗糙度對比

與此同時，OPTOMET對于粉末因不斷循環(huán)使用而造成的工藝不再匹配也具有指導(dǎo)功能，其內(nèi)置的粉末特性數(shù)據(jù)也可基于使用次數(shù)優(yōu)化工藝組合，提高粉末的利用率。

可針對粉末循環(huán)使用造成的質(zhì)量下降匹配新工藝

2.參數(shù)修改與性能預(yù)測功能
對于3D打印而言，一種材料可以匹配多種工藝組合。同樣的，OPTOMET提供了參數(shù)間的匹配功能，修改一個參數(shù)，其他參數(shù)都會隨之發(fā)生改變，與此同時，材料的性能也會計算出一組新的數(shù)據(jù)。

修改參數(shù)自動匹配新工藝

參數(shù)修改與性能預(yù)測功能能夠方便用戶通過性能數(shù)據(jù)判斷是否可以選擇更快的打印速度。此外，該功能對于制備梯度材料、各向異性材料也存在指導(dǎo)意義。

全動態(tài)工藝—參數(shù)的自適應(yīng)在線調(diào)節(jié)功能

CELOS SLM功能集成

DMG MORI金屬打印機的控制軟件被稱為CELOS SLM，它是一站式、全集成和統(tǒng)一用戶界面的CAM編程和機床控制軟件解決方案。這款軟件的亮點是其全動態(tài)的自適應(yīng)曝光策略。在整個工件成形過程中，控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地將10 μs周期時間內(nèi)需要的能量輸入到粉床中。而所有與工藝有關(guān)的參數(shù)，如掃描速度、激光功率和光斑直徑，都在程序中定義。這項功能可以最大程度避免材料變形和應(yīng)力集中，即使厚度很薄的水平和垂直壁板也能進行可靠的生產(chǎn)。

DMG 3D打印的鋁合金粉末噴嘴固定器

筆者認(rèn)為，這一功能的實現(xiàn)是基于打印過程中的智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析所做出的實時調(diào)整。3D打印技術(shù)參考曾在往期文章中提到卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和雷尼紹都曾進行相關(guān)研究。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究人員將3D打印和機器學(xué)習(xí)結(jié)合起來創(chuàng)建了一種機器學(xué)習(xí)算法，該算法對激光粉末床熔融技術(shù)進行實時過程監(jiān)控，并對打印過程中的異常情況自動糾錯。而雷尼紹則推出了被稱為LaserVIEW和MeltVIEW的監(jiān)控系統(tǒng)，前者使用光敏二極管測量激光能量強度，后者則通過紅外線感知熔池溫度，兩個數(shù)據(jù)通過其分析軟件得到反饋，可以了解整個加工中的零件質(zhì)量，同時以高分辨率檢測激光和熔池特性。

工藝全動態(tài)在線調(diào)整功能對制備高質(zhì)量部件至關(guān)重要

CELOS似乎是將上述研究成果實現(xiàn)了進一步商品化，自適應(yīng)的在線工藝調(diào)整對于安全、高質(zhì)量生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)于金屬粉末床3D打印工藝的前言技術(shù)，不外乎本文提到的這幾項功能以及工藝仿真，這些功能的實現(xiàn)均需要大量的數(shù)據(jù)積累、智能算法和在線控制能力。雖然我們會懷疑工藝預(yù)測和仿真預(yù)測的準(zhǔn)確性以及對設(shè)備的依賴性，但不得不承認(rèn)這確實是產(chǎn)品競爭差異化和研究能力深入的一種體現(xiàn)。在這方面，國內(nèi)需要由知名設(shè)備商或國家級的研究平臺牽頭來做這件事。

來源：3D打印技術(shù)參考