德國的IDEA項目助力大中小企業(yè)的工業(yè)化3D打印，已成功改造兩條生產(chǎn)線

2022 年11月21日，南極熊獲悉，在德國亞琛，德國聯(lián)邦教育和研究部 (BMBF) 的一個項目的合作者指出，通過IDEA 項目，他們成功使得大型公司和中小型公司（SME），以更經(jīng)濟的方式進行增材制造，生產(chǎn)中等批量的個性化組件。



IDEA 項目于三年前正式啟動，目標(biāo)是為原始設(shè)備制造商和中小企業(yè)實現(xiàn)增材制造的工業(yè)化。該項目匯集了來自工業(yè)界的各個合作伙伴，包括兩個弗勞恩霍夫研究所（激光技術(shù) ILT 和生產(chǎn)技術(shù) IPT）和亞琛工業(yè)大學(xué)。他們建造了兩條用于金屬3D打印的自動化增材生產(chǎn)線，具有很高的性能，可生產(chǎn)功能強大的高端部件，例如用于燃氣輪機的部件。


△使用連續(xù)波（左）和脈沖波（右）輪廓曝光制造的渦輪導(dǎo)流葉片演示器，具有增強的細節(jié)分辨率。由 Fraunhofer ILT 提供。

該項目共進行了兩條生產(chǎn)線的改造：
IDEA 項目為中小企業(yè)和大規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)開發(fā)相應(yīng)大的生產(chǎn)線，能夠在建設(shè)和運營之前就能夠顯著降低產(chǎn)品成本。

1.在柏林的 Siemens Energy （西門子能源）燃氣輪機工廠開發(fā)了一條大型工業(yè)試驗生產(chǎn)線。

來自Siemens Energy燃氣輪機廠的 IDEA 項目經(jīng)理 Julius Schurb 說：“此次制作的渦輪導(dǎo)流葉片證明了我們生產(chǎn)線的高性能和高效率，整體制作時間減少了50% 。這一結(jié)果將使我們能夠進一步推進增材制造的工業(yè)化，并以具有競爭力的成本提供燃氣輪機的關(guān)鍵部件，即使是小批量生產(chǎn)。”

2.在 Georgensgmünd 市的 toolcraft AG 開發(fā)了一條面向中小企業(yè)的生產(chǎn)線。

toolcraft是一家使用增材制造工藝進行批量生產(chǎn)的中型公司，現(xiàn)在改變了生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式，更改為由子工藝組成的集成端到端制造，提高了制造效率。數(shù)字轉(zhuǎn)型與開發(fā)主管 Markus Langer 表示將在 toolcraft 推廣這種生產(chǎn)線。

Langer 說：“手動操作被自動化所替代，這幫助我們實現(xiàn)了更高的工藝穩(wěn)定性和質(zhì)量，為了使用真實數(shù)據(jù)進行模擬研究，我們需要制造數(shù)字化。例如，使用 VR 眼鏡將模擬數(shù)據(jù)（在 IDEA 中進一步開發(fā)）傳輸?shù)綌?shù)字工作計劃、測試說明以及交互式培訓(xùn)。這樣即使是在高度復(fù)雜的任務(wù)環(huán)境中，員工仍能正常工作。”

IDEA項目團隊的跨學(xué)科組成匯集了渦輪機械、數(shù)字化、自動化、飛行器技術(shù)、后處理、激光和3D打印技術(shù)等學(xué)科的專家，他們對整體生產(chǎn)線作了很多的改進:

●由于航空航天業(yè)具有非常高的安全標(biāo)準(zhǔn)，激光束熔化的應(yīng)用在整個過程鏈中都具有嚴(yán)格的質(zhì)量保證，在 IDEA 中，研究人員特別關(guān)注基于監(jiān)控的粉末狀態(tài)、多激光機的穩(wěn)健工藝鑒定以及自動化工藝監(jiān)控解決方案。

●Fraunhofer ILT 為 LPBF 開發(fā)了一種帶有脈沖激光輻射的過程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高細節(jié)分辨率并減少形狀偏差。它還減少了后處理所需的工作量，并使制造復(fù)雜的幾何形狀成為可能，這些幾何形狀不僅具有更高的細節(jié)分辨率，而且具有更高的燃燒效率。

●Fraunhofer ILT 還開發(fā)并評估了一種新型成像監(jiān)測系統(tǒng)。高分辨率立體相機可以檢測過程不穩(wěn)定性，例如組件變形或粉末床缺陷。由于攝像系統(tǒng)安裝在重涂機上，原則上也可以對現(xiàn)有機器進行改裝。Fraunhofer ILT 與合作伙伴 Jenoptik 合作展示了基于人工智能的測量數(shù)據(jù)評估。



盡管任務(wù)不同，但這兩條生產(chǎn)線有許多共同之處。IDEA 的重點是在數(shù)字工程下對整個流程鏈進行數(shù)字化改造：有針對性的自動化，結(jié)合數(shù)字孿生和現(xiàn)代產(chǎn)品控制系統(tǒng)，確保所有相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到連續(xù)記錄和使用。這些生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的 3D 打印系統(tǒng)有很大不同，后者在很大程度上隔離了工藝步驟，并且需要許多人工干預(yù)，容易導(dǎo)致“試錯”成本和高組件成本。

西門子數(shù)字工業(yè)增材制造副總裁 Karsten Heuser 說：“在增材制造領(lǐng)域，數(shù)字孿生正在徹底改變整個價值鏈的流程，作為增材制造的一部分、生產(chǎn)過程或性能的虛擬圖像，使我們能夠無縫連接各個工藝步驟。通過使用數(shù)字雙胞胎，我們可以持續(xù)提高兩條工業(yè)生產(chǎn)線的效率，最大限度地減少錯誤率，并縮短開發(fā)周期。”

兩條生產(chǎn)線的一個特點是利用了增材工藝鏈的數(shù)字化。這包括用于部件幾何監(jiān)測的自動測量方法、渦輪導(dǎo)流葉片的增材修復(fù)以及增材制造部件的自動精加工。