亚琛AdHoPe尖端项目 l 通过先进的模拟和实时过程控制优化激光粉末床熔融 (L-PBF) 来改变增材制造的世界

随着增材制造领域的不断发展，对精度和效率的要求也在不断提高。对于用户来说，微调工艺参数对于确保高质量、无缺陷的组件至关重要。不同的几何形状——无论是薄壁结构还是复杂的悬垂结构——都需要定制设置以防止过热并确保零件的高质量。

为了应对这些挑战，ACAM亚琛增材制造中心核心研发成员单位RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造研究所最近启动的“AdHoPe”项目旨在通过集成高级模拟和实时传感器数据来优化激光粉末床熔融 (PBF-LB/M) 工艺。

该项目计划引入一种智能过程控制系统，该系统可实时优化参数，防止过热并确保零件质量始终如一。

▲AdHoPe项目

©亚琛工业大学数字增材制造研究所RWTH DAP

▲futureAM

©3D科学谷白皮书

显著提高生产力

根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。 ACAM亚琛增材制造中心

AdHoPe项目研究对于推动增材制造技术的发展至关重要，因为不仅能够提高生产效率，还能确保制造出更高质量的产品。通过实时监控和调整工艺参数，可以显著减少生产中的浪费和缺陷，从而降低成本并提高竞争力。

AdHoPe 不仅旨在改进现有方法，还旨在制定新标准。通过开发基于矢量的模拟模型，可以快速计算粉末喷涂过程中的温度值。这种实时洞察可以调整后续涂层，从而降低缺陷风险并提高工艺的整体稳健性。

但这还不是全部。该项目还专注于优化激光器的矢量设计，以保持均匀的热环境并降低过热风险。

3D科学谷发现

3D Science Valley Discovery

AdHoPe项目亮点：

• 实时优化：通过集成高级模拟和实时传感器数据，AdHoPe 项目旨在实时优化工艺参数，以适应不同的几何形状和结构需求。

• 智能过程控制：项目计划引入的智能控制系统能够实时调整参数，防止过热，确保零件质量。

• 矢量模拟模型：开发基于矢量的模拟模型可以快速计算粉末喷涂过程中的温度值，为工艺提供实时洞察。

• 工艺稳健性：通过实时调整后续涂层，可以降低缺陷风险，提高整个工艺的稳健性。

• 激光器矢量设计：项目还关注于优化激光器的矢量设计，以保持均匀的热环境并降低过热风险。

Insights that make better life

AdHoPe项目由联邦经济部中小企业中央创新计划资助，该项目的联盟成员包括Aconity GmbH、ModuleWorks GmbH、RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造研究所。

激光-改变世界的神奇力量

根据3D科学谷的了解，亚琛推动AdHoPe项目研究有着先天的优势，被许多人认为是“圣杯”的选区激光熔化(L-PBF或SLM）增材制造工艺，已经被用于创建各种制造业的零件，从定制的赛车零件到使用SpaceX发射到大气层外的设备上的部分定制金属零件。有趣的是，市场上看到的选区激光熔化的创始专利来源于德国Fraunhofer Institute所有的弗劳恩霍夫激光技术研究所，而今年这项专利诞生于1997年，27年来这项基础专利从诞生到商业化进程中体现出一项基础研究技术将如何极大程度上改变世界的神奇力量！

由于L-PBF金属3D打印技术逐层构建组件，因此这是基于二维制造的三维制造技术，与传统制造技术相比，该工艺具有许多系统优势，例如能够生成复杂的冷却通道，用于轻型结构（例如点阵结构）应用，实现更复杂的微观结构等等。另一个系统优势是缩短了开发时间，从而可以更轻松地实现多次设计迭代，这样可以缩短新产品的上市时间。

27年来，基于L-PBF，Fraunhofer ILT 开发了一系列的应用技术和基础研究，包括高温合金的选区激光熔化，Inconel 718 的高功率 SLM 加工，用于高功率 SLM 的光学系统，具有最小变形的铝部件的增材制造，通过选区激光熔化 (SLM) 增材制造高强度氧化物陶瓷，卫星动力组件的增材制造，使用选区激光熔化技术对铜部件进行增材制造，采用高功率选区激光熔化的增材系列制造，使用选区激光熔化制造可吸收植入物等等。

在国内，2024年，上海电气正式加入德国亚琛增材制造中心（ACAM），成为这一联合研发体的中国首家企业合作成员，未来上海电气将与更多国际前沿科研机构携手，不断推动科技创新与开放合作，为发展新质生产力贡献更多的智慧和力量。

数字的力量

ACAM亚琛增材制造中心对增材制造在多功能材料方面的愿景为无限组合的材料与技术，而最终的目标是点击即生产。ACAM亚琛增材制造中心定义达到这个愿景的进阶过程包括5个梯度，当前的世界范围内的发展大多还处在Level 0的水平，Level 0为功能化增材制造过程，Level 1为可预测的增材制造过程，Level 2为自动化的增材制造过程，Level 3为全自动化的增材制造包括前处理与后处理，Level 4为集成化的全自动化不同制造工艺的组合。

当前金属增材制造下游加工步骤尚未实现自动化，部分原因是要制造的零件的几何形状不同，对自动化带来了极大的挑战, 推动3D打印规模化，RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造研究所做出了各方面积极的布局。

根据3D科学谷的了解，没有数字制造数据，就没有增材制造 (AM) – 因此，高效可靠的数据生成和处理是3D打印生产制造过程的基本先决条件。

在激光粉末床熔化 (LPBF) 方面，3D打印制造的零件通过计算机辅助设计 (CAD) 软件设计为 3D 模型，接下来，该模型被转换为组件的二维层数据集合——所谓的切片——作为工厂侧的输入，用于在粉末床中一层一层熔化的层。当前很多企业受到庞大的数据量的挑战。

在这方面，亚琛工业大学DAP数字化增材制造学院在宝马IDAM项目应用了矢量格式 (OVF) ，IDAM项目是世界范围内首次将金属3D打印集成到汽车自动化制造工艺中，亚琛工业大学为宝马IDAM项目提供了流程链支持，作为 BMBF 资助的 IDAM（增材制造工业化和数字化）项目的一部分，亚琛工业大学DAP数字化增材制造学院与其他合作伙伴组成的合作共同为宝马建立了两条全自动生产线，用于汽车零部件的增材系列生产。

此外，面向可扩展的增材制造生产应用，根据3D科学谷《亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”在科隆与福特合作开设电动机研究基地》一文，福特与亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”(PEM) 系，蒂森克虏伯系统工程，亚琛工业大学DAP学院一起，在一条生产线上开发灵活而可持续的电动机零部件生产。该项目的名称是HaPiPro2，指的是发夹技术，研究目标是开发灵活的制造发夹技术及生产概念。

总体来说，亚琛工业大学DAP数字化增材制造学院领衔AdHoPe项目有着各方面的积淀，从基础理论研究到具体的项目实践都为此次的AdHoPe项目带来了厚积薄发的基础。

▌三维科学 l 无限可能

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