Heiko Rudolf教授:智能制造中,3D打印作为构件加工的核心技术(全文+PPT)

2017年11月24日国际专家Heiko Rudolf教授受邀出席第四届中国(合肥)互联网大会,并发表以《智能制造中,3D打印作为构件加工的核心技术》为题的主题演讲,以下为演讲和PPT实录.

Heiko Rudolf,德国安哈尔特应用科学大学机械专业教授,合肥学院客座教授。2007年获得柏林工业大学工学博士学位,原德国大众焊接技术研究和开发部主任。

 

Heiko Rudolf:女士们、先生们,我是Heiko Rudolf,我很高兴认识你们,我的汉语不好。我是德国德国安哈尔特应用科学大学机械专业教授,同时也是合肥学院的客座教授,我今天非常高兴也非常荣幸为大家做关于3D打印技术在智能制造中的核心技术的报告。

相信大家都知道3D打印技术以及智能制造,在我们展示的图片当中,就是在智能制造当中3D打印技术的端口的问题,在图片当中,我们可以看到在生产当中有很多机械和设备,这些机械和设备使用的是不同的语言,所以会出现语言端口的问题,我们今天探讨的很多都是关于电脑还有软件的问题,同样在我们智能生产当中,关于电脑和软件以及智能端口的问题,实际上是需要我们亟待解决的问题。

 

在德国工业4.0的进化当中包含很多方面,其中一个重要的领域就是制造的数字化。今天我们将会提其中的几点,其中里面的很多概念大家都认识,比如说我们的大数据、云计算、网络安全已经具有可使用、可支配性,以及智能制造。我们所有需要解决的问题就是我们在机械设备当中我们会尽量使用统一的一致性的机械沟通语言,我们来看一下我们在生产过程中的这些端口问题。

 

在我们端口问题当中,比如说关于产品的研发过程,我们相信在研发一个原件的过程中,就要从这里开始解决我们不同机械设备语言断口的问题,比如说在圆件进行设计、研发的过程中,我们首先用的是CAD进行设计,这个原件的计算我们用CAE软件进行计算,再接下来我们用CAM,这就是生产的准备程序,在生产制造商就是PLM,我们举四个程序的话,我们就会知道产品实际上在生产过程当中是一个重要的需要解决的问题。

比如说我们来看一下产品是如何在这样的发展过程或者在这样一个流程当中生产出来的。我们这样的一个产品发展过程,产品周期包含从产品的设计、加工准备到产品的使用,还有保证产品的回收,这样的大周期会有一个循环。在产品的周期过程当中,解决端口的语言问题就是我们智能生产中的核心和关键。

 

首先从我们的设计过程当中,智能制造当中最核心的领域就是3D打印技术。在图片上我们展示的是3D打印的八种类型,前五种是我们用于合成材料的3D打印,在这方面实际上我们已经取得了一定的进展和突破。接下来的三种是用来执行金属材料加工的,在关于金属材料加工方面,实际上目前面对很多的挑战,因为金属材料和合成材料的性能完全不同。接下来的报告当中我将会重点说一下第八种3D打印类新,也就是选择性基础研究,这也是我在德国研究的课题。

 

3D打印技术指的是什么?3D打印技术应该是其他技术不能够取代和战胜的。首先是我们3D打印的好处和优势,有无限塑造的可能性,无论产品的形状是简单的还是复杂的都可以用3D打印实现。3D打印的过程当中,会大大减少废弃物,因为废弃的金属将会被重新利用。在整个的生产和加工的过程当中,我们使用到的加工工具很少,甚至只要一台设备就可以了。我们的数字化加工或者数字化制造当中最重要的一点、最大的优势就是我们可以直接从虚拟的数据或者图像构造成实体的原件。

比如说对于中国来说,现在也是一个出口的大国了,我们拥有了3D打印技术之后就可以在中国进行电脑上面的设计,然后在海外,比如说美国、欧洲,进行实地的生产,比如说我们很大的一个优势就是可以不受地域的限制,也不需要提前生产,产生大量的库存。比如说还有我们的设备故障的时候我们不需要重新购买原件或者是替换件,我们可以通过3D打印技术实时打印出来,及时的更换,不会影响我们的生产和制造。

接下来3D打印当中核心的技术细节。在屏幕的右上方看到的就是3D打印技术设计的过程,我们的这样一个模型会分层,形成片状结构,我们这样的所谓的片状的结果或者模型数据就会传输到我们的3D打印机当中去,那么我们每一层片状模型在操作台上,最上面的是激光术,通过我们激光术的照射进行加工,形成每一层的图形或者是结构,接下来通过我们的升降机进行沉降,一层一层的加工,最终形成原件。接下来这个原件将会交到旁边进行加工和操作。接下来是为了了解这个工艺的技术的细节图,我们的激光术将会照射到分层的金属粉末颗粒上,这是非常薄的,大概在20-50微米,我们的金属层或者是金属颗粒越小,最终加工出来的产品就越精确。经过激光照射的金属颗粒不仅会跟周边的平行的金属颗粒重新组合,这是一个非常复杂的一个过程。这个过程实际上受到了很多因素的影响,比如说温度,关于温度的变化还有空间的变化,实际上会对我们的产品产生很大的影响,这也是我们研究或者实践的一方面,或者是一个课题。

我们左边的图片展示的是我们的激光术加工的过程或者是照射的轨迹,在右边的是我们进行实验的样品,我们需要知道的是,我们在整个样品或者成品当中实际上受到跟多因素的影响,为了能够更好的掌控我们的加工过程,所以要对各种影响因素的影响程度进行非常严格的研究,我们需要介绍的原件的性能,它是有高度的延展性而且不能够有瑕疵,大家都知道我们德国人非常的严谨,所以对我们这样一些细节的东西是不会放过的,我们在图片当中所看到的红点的部分就是我们在实践当中检测出来的瑕疵,包括一些裂口等等。当然了这不是我们平时想要的,或者并不是很常见的。

接下来这组图才是我们想要见到的结果,通过激光术的规划,最终达到零瑕疵或者是低瑕疵的效果。我们最终的目标是通过不断改进我们的设计,改良激光术的照射过程,达到让客户满意,使客户收到没有瑕疵的原件。有些理论我们会觉得解释起来比较困难,我们用图片来展示,我们把样品进行加热处理,比如说在200度和500度的时候看它的断裂行为。关于选择性金属的介绍就到这里了。

接下来我们看另一个加工的工艺,就是直接金属沉淀,我们要考量的是不是通过这样的技术可以从CAD设计虚拟的模型或者数据,能够没有端口问题的直接形成实物的产品,这个工艺我简单解释一下,其实就像我们跟汽车喷漆一样,是通过激光术对我们的金属粉末进行加速的喷射最后形成产品。

我的报告就到这里,我想做一个简单的总结,如果我们真正掌握了3D金属原料的打印技术,实际上就完成了数字化或者智能化加重当中非常核心的部分,这个解决了我们之前提到过的平时生产中的端口问题,由于不同的机械操作之间语言的沟通障碍,我们最终实现的是一体化的从设计到生产的流畅的过程。

那么之后我们的图片,大家看到是一条河流,我们会看到河流后面的背景当中实际上有一个桥梁,这个桥是通过打印技术完成的。非常感谢大家庭我的报告,如果有问题也可以对我进行提问,谢谢。

(附:本文根据现场速记整理,可能会有疏漏错误,请见谅。未经允许,请勿转载!请关注“i创会”公众号,联系小编微信:damo1000)

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