弗吉尼亞理工大學開創金屬增材制造新工藝

弗吉尼亞理工大學工程學院副教授Prahalada Rao帶領的研究團隊正在探索，如何通過人工智能與線弧增材制造技術相結合，在打印過程中檢測并修正缺陷，從而提升潛艇和飛機零部件的制造水平。該方法旨在使制造流程比傳統機加工方式更快速、更可靠。

弗吉尼亞理工大學工業與系統工程系副教授Prahalada Rao在凱利大廳未來制造實驗室發言

Rao表示：“我們始終依賴傳統機加工方式，但即使單個零件也需數月才能完工。增材制造技術讓我們能以更快速度、更少損耗完成這些部件的生產，這為制造工藝開辟了全新思路。”

更快速、更智能的制造

傳統機加工流程耗時耗力，且往往在生產完成后才能發現缺陷。冷戰結束后，眾多專業工廠的關閉給國防制造業造成了長期的技術斷層。為此，研究人員正轉向增材制造技術——特別是線弧與激光線材打印——這些技術能夠快速制造大型復雜金屬部件。

“線弧增材制造本質上是三維焊接，”Rao解釋道，“如果說激光粉末床熔融技術每天能生產品脫容量的材料，線弧技術則是啤酒桶級別的。一天可沉積40-50kg材料。真正的挑戰在于確保如此大量的金屬沉積毫無瑕疵。”

為進一步攻克這一難題，Rao團隊運用人工智能技術監測打印過程中金屬液體的“熔池”狀態，實時識別并修正潛在缺陷。“當熔池狀態良好時，成品就能符合預期；當熔池異常時，我們也能預知后果，”Rao表示“因此我們開發了機器學習算法，能夠以約90%的確定性預測制造過程何時出現異常。”

線弧增材制造成品示例

培育新一代制造人才

Rao在弗吉尼亞理工大學先進制造中心（Virginia Tech MADE）開展研究工作，致力于為學生和專業人士提供先進制造與數字技術培訓。其主要工作場所位于凱利大廳實驗室及學習工廠，該基地近期新增了激光粉末床熔融系統和混合激光線材制造系統。

“讓學生接觸未來在工業界將使用的設備至關重要，”Rao強調，“這正是學習工廠內激光粉末床熔融與激光線材系統的價值所在。增材制造技術能通過快速培訓掌握，使我們的學子為迎接未來制造業做好充分準備。”

線弧增材制造技術新突破

除弗吉尼亞理工大學外，全球多家機構正在推動線弧增材制造的技術邊界，并驗證其工業應用潛力。

今年10月，專業從事大型增材制造的DEEP Manufacturing公司榮獲挪威船級社（DNV）頒發的全面生產批準證書。此項認證基于此前獲得的海事原則性批準，涵蓋壓力容器、載人壓力容器以及船體結構與設備的線弧增材制造生產工藝。

7月，裝甲車制造商Nurol Makina與機器人增材制造專家MetalWorm合作，成功運用線弧增材制造技術制造出關鍵裝甲車輛部件。該零部件經過嚴格的實驗室與現場測試，各項指標均符合標準，彰顯了線弧增材制造為國防領域替代制造方案的潛力。

與此同時，德國金屬3D打印機開發商GEFERTEC公司推出創新arc80X系列，旨在滿足市場對大型金屬部件線弧增材制造工藝日益增長的需求。該系列將金屬惰性氣體保護焊與專業CAM軟件及西門子控制系統相結合，具有高堆疊速率和經濟高效的物料處理優勢，特別適用于能源領域渦輪部件等工業場景的生產制造。

作者：Paloma Duran

來源：榮格-《國際金屬加工商情》

原創聲明：
本站所有原創內容未經允許，禁止任何網站、微信公眾號等平臺等機構轉載、摘抄，否則榮格工業傳媒保留追責權利。任何此前未經允許，已經轉載本站原創文章的平臺，請立即刪除相關文章。