弗吉尼亚理工研究团队利用AI与线弧增材制造提升金属部件生产效率

快速阅读: 弗吉尼亚理工大学副教授Prahalada Rao领导团队开发AI与线弧增材制造结合技术，实现制造过程中自动检测和纠正缺陷，显著提高潜艇和飞机部件生产效率，比传统方法更快更可靠。

弗吉尼亚理工大学工程学院副教授Prahalada Rao领导的研究团队正在探索如何将人工智能（AI）与线弧增材制造（WAAM）技术结合，以在打印过程中检测并纠正缺陷，从而提高潜艇和飞机部件的生产效率。这种方法旨在比传统机械加工方法更快、更可靠地完成制造。

“我们一直依赖传统的机械加工，但即使是单个零件的生产也要花费数月时间。”Rao表示，“增材制造使我们能够更快地生产这些部件，且浪费更少，这为我们提供了全新的制造思路。”

Rao是工业与系统工程学的副教授，在凯利楼的未来制造实验室发表讲话。照片来源：弗吉尼亚理工大学。

更快、更智能的制造

传统的机械加工工艺耗时长、资源消耗大，且往往在生产完成后才会发现缺陷。冷战结束后，许多专业机床厂的关闭导致了国防制造业长期的技术人才缺口。为了解决这一问题，研究人员转向了增材制造技术——尤其是线弧和激光丝打印技术，这些技术能够快速制造大型复杂的金属部件。

“线弧增材制造实际上就是三维焊接。”Rao解释说，“如果激光粉末床融合每天只能生产一品脱的材料，那么线弧可以达到桶装量级，一天可沉积40至50公斤。挑战在于确保如此大量的金属在没有丝毫瑕疵的情况下完成沉积。”

为了进一步应对这一挑战，Rao的团队利用人工智能监控打印过程中的“熔池”，实时识别并纠正潜在缺陷。“当熔池状态良好时，最终产品就能达到预期效果；反之，我们也能预知可能出现的问题。”Rao说，“因此，我们建立了一种机器学习算法，能够在大约90%的情况下预测出何时会出现问题。”

线弧增材制造过程的结果。照片来源：弗吉尼亚理工大学。

培养下一代

Rao在弗吉尼亚理工大学先进制造中心（MADE）工作，培训学生和专业人士掌握先进的制造和数字技术。大部分工作在他的凯利楼实验室和学习工厂进行，最近这里新增了激光粉末床融合和混合激光丝系统。

“让学生接触他们将在行业中见到的相同机器至关重要。”Rao说，“这就是为什么学习工厂中的激光粉末床融合和激光丝系统如此宝贵。增材制造是一项可以迅速掌握的技能，它为我们的学生准备好了迎接制造业的未来。”

WAAM技术的进步

除了弗吉尼亚理工大学外，全球多家组织也在推动线弧增材制造（WAAM）技术的发展，并验证其在工业应用中的潜力。

今年10月，专注于大规模增材制造（AM）的公司DEEP Manufacturing获得了船级社DNV的全面制造批准（AoM）。这是继DNV海事部门早先给予的原则性批准（AiP）之后的又一进展。该批准涵盖了用于压力容器、有人居住的压力容器以及船体结构和设备的WAAM生产。

7月，装甲车辆制造商Nurol Makina与机器人增材制造专家MetalWorm合作，成功使用WAAM技术生产了一个关键的装甲车辆部件。该部件经过严格的实验室和现场测试，达到了所有所需标准，证明了WAAM技术作为国防应用替代制造方法的潜力。

德国开发商和供应商GEFERTEC推出了其新型arc80X系列，旨在满足日益增长的大规模3D金属打印需求。该系列结合了金属惰性气体焊接与专门的CAM软件和Sinumerik控制架构，提供高建造率和经济高效的材料处理，适用于能源领域的涡轮组件生产等工业应用。

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图片显示的是工业与系统工程学副教授Prahalada Rao在凯利楼的未来制造实验室发表讲话。照片来源：弗吉尼亚理工大学。

(以上内容均由Ai生成)