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首頁 > 資訊中心青島3D打印和增材制造中的狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)和算法應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2024-12-12
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斯坦拉合爾工程技術(shù)大學(xué)（UET）的科研人員綜述報(bào)道了3D打印和增材制造中的基于狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)與算法最新研究。相關(guān)論文以“Condition-based monitoring techniques and algorithms in 3d printing and additive manufacturing: a state-of-the-art review”為題發(fā)表在《Progress in Additive Manufacturing》上。
增材制造（AM）為航空航天、生物技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的制造工藝帶來了革命性的變化。與減材制造技術(shù)相比，增材制造具有眾多優(yōu)勢(shì)，因此目前在大規(guī)模生產(chǎn)零件的行業(yè)中越來越受歡迎。 AM為設(shè)計(jì)人員和制造商提供了生產(chǎn)高精度復(fù)雜零件的自由。盡管具有諸多優(yōu)勢(shì)，但AM生產(chǎn)技術(shù)也存在一些問題，尤其是從原型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)。要檢測(cè)打印部件的故障，打印后分析技術(shù)并不那么有效，在逐層制造部件的過程中，機(jī)械性能會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)樗鼈兣c方向有關(guān)。此外，大多數(shù)零件都有中空部分，不易進(jìn)行檢測(cè)。為了解決這個(gè)問題，科研人員開發(fā)了基于狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)（CBM），通過監(jiān)控機(jī)器參數(shù)來監(jiān)控正在打印的部件狀況。然后將這些參數(shù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，由算法識(shí)別問題并進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，從而生產(chǎn)出無缺陷的部件。
本研究論文綜述了最常用的增材制造技術(shù)以及最適合每種增材制造技術(shù)的基于狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)和算法。通過全面的文獻(xiàn)綜述，詳細(xì)討論了各種基于固體、液體和粉末的增材制造技術(shù)。詳細(xì)討論了各種實(shí)時(shí)和打印后CBM技術(shù)，如聲學(xué)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、超聲監(jiān)測(cè)等，以及哪種技術(shù)更適合每種增材制造工藝。詳細(xì)討論了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方法，然后詳細(xì)研究了算法和預(yù)測(cè)模型，以及哪些適合應(yīng)用于基于狀態(tài)的實(shí)時(shí)AM工藝監(jiān)測(cè)。本綜述研究意義重大，因?yàn)槟壳昂苌儆袛?shù)據(jù)對(duì)所有這些AM工藝及其相關(guān)的CBM技術(shù)進(jìn)行如此詳細(xì)的討論，而且也沒有適合每種AM工藝的算法和預(yù)測(cè)模型類型。這篇綜述論文對(duì)于處于原型設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)階段的工業(yè)家和設(shè)計(jì)師來說也非常有用，希望幫助他們了解哪種CBM技術(shù)可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控AM工藝，哪種數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控，哪種算法可在工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)控中獲得最佳結(jié)果。
增材制造（AM）為航空航天、生物技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的制造工藝帶來了革命性的變化。與減材制造技術(shù)相比，增材制造具有眾多優(yōu)勢(shì)，因此目前在大規(guī)模生產(chǎn)零件的行業(yè)中越來越受歡迎。 AM為設(shè)計(jì)人員和制造商提供了生產(chǎn)高精度復(fù)雜零件的自由。盡管具有諸多優(yōu)勢(shì)，但AM生產(chǎn)技術(shù)也存在一些問題，尤其是從原型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)。要檢測(cè)打印部件的故障，打印后分析技術(shù)并不那么有效，在逐層制造部件的過程中，機(jī)械性能會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)樗鼈兣c方向有關(guān)。此外，大多數(shù)零件都有中空部分，不易進(jìn)行檢測(cè)。為了解決這個(gè)問題，科研人員開發(fā)了基于狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)（CBM），通過監(jiān)控機(jī)器參數(shù)來監(jiān)控正在打印的部件狀況。然后將這些參數(shù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，由算法識(shí)別問題并進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，從而生產(chǎn)出無缺陷的部件。
本研究論文綜述了最常用的增材制造技術(shù)以及最適合每種增材制造技術(shù)的基于狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)和算法。通過全面的文獻(xiàn)綜述，詳細(xì)討論了各種基于固體、液體和粉末的增材制造技術(shù)。詳細(xì)討論了各種實(shí)時(shí)和打印后CBM技術(shù)，如聲學(xué)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、超聲監(jiān)測(cè)等，以及哪種技術(shù)更適合每種增材制造工藝。詳細(xì)討論了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方法，然后詳細(xì)研究了算法和預(yù)測(cè)模型，以及哪些適合應(yīng)用于基于狀態(tài)的實(shí)時(shí)AM工藝監(jiān)測(cè)。本綜述研究意義重大，因?yàn)槟壳昂苌儆袛?shù)據(jù)對(duì)所有這些AM工藝及其相關(guān)的CBM技術(shù)進(jìn)行如此詳細(xì)的討論，而且也沒有適合每種AM工藝的算法和預(yù)測(cè)模型類型。這篇綜述論文對(duì)于處于原型設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)階段的工業(yè)家和設(shè)計(jì)師來說也非常有用，希望幫助他們了解哪種CBM技術(shù)可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控AM工藝，哪種數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控，哪種算法可在工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)控中獲得最佳結(jié)果。
圖1 ISO/ASTM 52900 七種AM工藝類別示意圖。
圖2 AM中從CAD到零件的一般流程。
圖3 不同背景下的AM工藝分類。
圖4 LOM工藝示意圖。
圖5擴(kuò)展的LOM機(jī)器配置。