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盟推出了混合增材制造的新技術框架，重點關注預測模擬、材料效率和數字自動化。項目名為Ad-Proc-Add II（增材制造零件先進加工 II），聯合工作由機械工程研究協會(FKM)、ecoplus 機電一體化集群和研究型大學魯汶大學負責協調。資金來自奧地利的FFG 、德國的BMWK和法蘭德斯的VLAIO。

△Ad-Proc-Add II 由歐洲研究機構支持，并由 FKM、ecoplus 和魯汶天主教大學協調。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)了新的支撐結構，以減少材料浪費并簡化后處理過程中的移除。這些支撐結構采用激光束粉末床熔融 (PBF-LB/M) 和定向能量沉積 (DED) 系統進行測試，然后采用傳統加工進行精加工。刀具路徑規(guī)劃由新的工藝數據庫指導，該數據庫將幾何輸入與材料特性和機床參數關聯起來，從而優(yōu)化增減材操作之間的排序。

研究人員構建了數值模擬模型，用于預測多個工藝階段中的熱變形、殘余應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和制造策略如何影響返工部件的幾何形狀、表面質量和邊界區(qū)域屬性，從而能夠精確定制這些部件以滿足預先定義的性能要求。

為了支持自動化，項目還開發(fā)了一個規(guī)劃架構，將仿真輸出與刀具路徑生成軟件連接起來。這使得混合系統能夠根據增材制造輪廓調整加工策略，確保在精加工步驟中保持公差。將這些功能集成到生產數據庫中，標志著我們在閉環(huán)數據驅動制造工作流程方面取得了重大進展。

產業(yè)合作確?，F實世界的相關性

這項研究由多特蒙德工業(yè)大學機械加工技術研究所(ISF)、斯圖加特大學機床研究所(IfW)、維也納工業(yè)大學生產工程與光子技術研究所(IFT)、FOTEC、托馬斯·莫爾梅赫倫-安特衛(wèi)普大學、GFE Schmalkalden和魯汶大學共同開展。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理DI Benjamin Losert 強調了實際集成的重要性：“我們已經看到一些公司對將我們開發(fā)的技術集成到其生產系統中表現出了濃厚的興趣。” 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)工程師和技術經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計和生產人員的數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)應用卻因不可預測的工藝交互、過多的后處理以及不連貫的軟件生態(tài)系統而受到阻礙。Ad-Proc-Add II 通過共享數據結構將零件幾何形狀、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，并提高了零件質量的可重復性。先前的混合增材制造研究側重于機器集成；Ad-Proc-Add II 將重點轉向了過程智能。其數據庫驅動的規(guī)劃方法可以實現在航空航天、模具和醫(yī)療行業(yè)的可擴展部署，因為這些行業(yè)的幾何復雜性和功能公差至關重要。

后續(xù)項目正在開發(fā)中，旨在進一步將這些模擬和數據規(guī)劃工具嵌入到商業(yè)系統中。有意者請聯系FKM，郵箱：info@fkm-net.de ，索取最終技術報告。更多文檔請訪問www.ad-proc-add.eu