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2023年 Formnext 展會(huì)是新公告的溫床，許多新公告利用人工智能來(lái)確保生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用的一致打印質(zhì)量和可追溯性。

HxGN 增材制造套件集成了四種軟件工具，可推動(dòng)機(jī)械車(chē)間和 3D 打印服務(wù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)。圖片由Hexagon提供。

材料新聞

作者：Beth Stackpole

2月6， 2024

如果說(shuō)去年Formnext展會(huì)上的公告是晴雨表的話，那么增材制造（AM）行業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)新的成熟階段，這得益于一波旨在大規(guī)模實(shí)施和工業(yè)化生產(chǎn)用例技術(shù)的產(chǎn)品。

隨著人工智能 （AI） 和機(jī)器學(xué)習(xí) （ML） 成為許多公告的基礎(chǔ)，供應(yīng)商推出了旨在解決質(zhì)量管理、打印機(jī)性能監(jiān)控和工作流程挑戰(zhàn)的軟件工具和平臺(tái)，這些挑戰(zhàn)一直是增材制造在生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用中獲得牽引力的長(zhǎng)期障礙。行業(yè)觀察人士預(yù)計(jì)增材制造市場(chǎng)將出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)——SNS Insider 的一項(xiàng)新研究估計(jì)，在 2023 年至 2030 年的預(yù)測(cè)期內(nèi)，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 30.6%，最終到本世紀(jì)末銷(xiāo)售額將達(dá)到 747 億美元。同一份報(bào)告預(yù)計(jì)，2022 年增材制造市場(chǎng)規(guī)模為 167 億美元。

盡管增材制造技術(shù)和材料的增長(zhǎng)預(yù)測(cè)看漲，發(fā)展迅速，但優(yōu)化制造策略以確保零件的穩(wěn)定、高質(zhì)量輸出仍然太困難。特別是，可重復(fù)性是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)——不僅在單個(gè)增材制造系統(tǒng)上，而且要確保零件可以在多個(gè)系統(tǒng)中以可重復(fù)和一致的方式復(fù)制，這些系統(tǒng)位于同一工廠，分布在不同的地點(diǎn)，甚至跨越多個(gè)地區(qū)，每個(gè)系統(tǒng)都有不同的環(huán)境因素。

“進(jìn)步是有的，但它們通常局限于特定類(lèi)型的工藝、特定材料和特定的打印機(jī)供應(yīng)商，”人工智能制造軟件解決方案制造商O(píng)qton的增材制造、檢測(cè)和模擬產(chǎn)品總監(jiān)Tommaso Tamarozzi說(shuō)。“一直缺乏能夠解決廣泛?jiǎn)栴}的通用解決方案。

AI/ML 占據(jù)中心位置

隨著行業(yè)對(duì)市場(chǎng)擴(kuò)張的渴望，供應(yīng)商正在介入解決方案，以應(yīng)對(duì)質(zhì)量挑戰(zhàn)并簡(jiǎn)化工作流程，使更廣泛的受眾更容易獲得 3D 打印。3D打印機(jī)制造商正在增加其產(chǎn)品中的傳感器和攝像頭的數(shù)量，使用這些儀器來(lái)生成和收集數(shù)據(jù)流，通過(guò)智慧使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，可以挖掘這些數(shù)據(jù)流以獲得洞察力，以幫助打印質(zhì)量管理和打印機(jī)性能。

雖然AI/ML在一輪的公告中并不普遍，但這些技術(shù)正在發(fā)揮著更突出的作用。他們將繼續(xù)這樣做，以幫助做出復(fù)雜的決策，從而提高零件產(chǎn)量，特別是當(dāng)制造商從一次性原型制作和小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)向利用增材制造進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)。

考慮使用選擇性激光熔化 （SLM） 金屬 3D 打印機(jī)的質(zhì)量工程師。通過(guò)一臺(tái)或兩臺(tái)激光器，人類(lèi)可以管理和關(guān)聯(lián)傳感器數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和幾何分析，以找出工藝參數(shù)，從而保證零件完整性和 3D 打印成功。但是，隨著多激光 3D 打印系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，以及最終越來(lái)越多的 SLM 打印機(jī)的出現(xiàn)，普通人無(wú)法實(shí)時(shí)解釋數(shù)據(jù)并做出決策。

“你需要達(dá)芬奇級(jí)別的實(shí)力來(lái)協(xié)調(diào)一臺(tái)帶有 12 個(gè)激光器的打印機(jī)，”Dyndrite 執(zhí)行官 Harshil Goel 說(shuō)，該公司制造圖形處理單元 （GPU） 加速計(jì)算引擎，為下一代數(shù)位制造硬件和軟件提供動(dòng)力。“有很多可能的決定要做出，也有很多可能的排列。人工智能充當(dāng)副駕駛，幫助客戶盡快做出決策。

人工智能對(duì)于實(shí)時(shí)利用傳感器反饋為閉環(huán)控制和原位監(jiān)測(cè)提供動(dòng)力也至關(guān)重要。在這些場(chǎng)景中，AM打印機(jī)參數(shù)仍處于開(kāi)發(fā)和發(fā)展的早期階段，可以實(shí)時(shí)自動(dòng)重新校準(zhǔn)，以確保打印質(zhì)量和零件完整性，并避免異常和零件變形。即使在這種參與水平上，Goel也告誡說(shuō)，不要將人工智能視為一直以來(lái)工作參數(shù)之外的事物;人工智能只是讓大規(guī)模發(fā)生成為可能。

“人工智能是一個(gè)奇怪的包羅萬(wàn)象的術(shù)語(yǔ)，而實(shí)際上，這是工程師一直在做的事情——將線性代數(shù)和數(shù)值分析應(yīng)用于他們的決策，”Goel解釋道。“這一切都是為了管理風(fēng)險(xiǎn)。”

在其公告中，Dyndrite 宣布 Dyndrite LPBF Pro 是一款面向使用激光粉末床熔融 3D 打印機(jī)的專(zhuān)業(yè)人士的新應(yīng)用程序，現(xiàn)已作為其VIP入職計(jì)劃的一部分提供，該計(jì)劃為其產(chǎn)品的早期采用者提供實(shí)踐咨詢和指導(dǎo)。該軟件為材料、質(zhì)量、工藝和應(yīng)用工程師提供可擴(kuò)展的多線程 CPU 和 GPU 性能，以解決幾何和計(jì)算挑戰(zhàn)、改進(jìn)打印準(zhǔn)備流程以及對(duì)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和反覆運(yùn)算。

該軟件可直接與各種金屬3D打印機(jī)（包括Aconity3D、雷尼紹和SLM）連接，消除了繁瑣且容易出錯(cuò)的手動(dòng)構(gòu)建準(zhǔn)備過(guò)程，并最終實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的金屬打印。

“隨著機(jī)器變得越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)數(shù)據(jù)的需求也隨之飆升，”Goel 說(shuō)。“我們的軟件利用 GPU、CPU 和網(wǎng)絡(luò)上盡可能多的計(jì)算機(jī)來(lái)提高輸送量。”

XiP Pro 工業(yè) 3D 打印機(jī)的制造商 Nexa3D 也在利用 AI 功能來(lái)提高印表質(zhì)量和打印機(jī)性能，并實(shí)現(xiàn)從文件準(zhǔn)備到后處理的整個(gè)端到端流程的自動(dòng)化。Nexa AI 在每次打印時(shí)收集數(shù)據(jù)，使用它來(lái)不斷調(diào)整和優(yōu)化打印參數(shù)，以防止打印失敗、支撐結(jié)構(gòu)欠佳和后處理效率低下等情況。支援人工智能的打印智慧在每次打印時(shí)都會(huì)得到增強(qiáng)，使用戶能夠從簡(jiǎn)化和自動(dòng)化的工作流程、遠(yuǎn)端監(jiān)控和打印管理以及實(shí)時(shí)錯(cuò)誤檢測(cè)、干預(yù)和修復(fù)中受益。

支援 AI 的 NexaX 軟件可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端打印管理、實(shí)時(shí)錯(cuò)誤檢測(cè)、干預(yù)和修復(fù)。圖片由Nexa3D提供。

Nexa3D 技術(shù)官 Izhar Medalsy 表示：“Nexa AI 不僅可以提醒使用者注意出了什么問(wèn)題，還可以從故障或偏離正常情況中學(xué)習(xí)打印的物理特性，并改進(jìn)流程以備下次使用。“這是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和數(shù)位孿生監(jiān)控的結(jié)合，再加上預(yù)測(cè)功能，提供了額外的優(yōu)勢(shì)。”

可重復(fù)性和一致性

憑借其新的構(gòu)建質(zhì)量平臺(tái)，Oqton的目標(biāo)是提供一種通用解決方案，在增材制造構(gòu)建之前、期間和之后提高質(zhì)量，以限度地提高流程和結(jié)果。產(chǎn)品套件模塊可獨(dú)立或協(xié)同工作，包括：

Oqton 3DXpert Build Simulation，用于在打印開(kāi)始之前預(yù)測(cè)可打印性問(wèn)題并防止設(shè)計(jì)異常;

MOS樓宇監(jiān)控，可實(shí)時(shí)安全地監(jiān)控、控制和提醒增材制造打印過(guò)程。該功能是與Oqton合作伙伴Baker Hughes共同開(kāi)發(fā)的，它采用AI模型來(lái)檢測(cè)打印過(guò)程中的潛在缺陷，使用戶能夠跟蹤和追溯每個(gè)打印層并采取糾正措施;和

3Dxpert 構(gòu)建檢測(cè)在零件完成后出現(xiàn)，分析最終輸出，以確保其與構(gòu)建過(guò)程和構(gòu)建模擬期間的預(yù)期保持一致。

雖然使用每個(gè)模塊有助于檢測(cè)和預(yù)防構(gòu)建問(wèn)題，但將這三個(gè)模塊作為集成增材制造質(zhì)量管理套件的一部分，可以創(chuàng)建更全面的工作流程。

Oqton Build Quality 有助于跟蹤和檢查增材制造零件的質(zhì)量指標(biāo)，并評(píng)估構(gòu)建性能。圖片由Oqton提供。

“每個(gè)模塊都能檢測(cè)不同的問(wèn)題并解決不同的問(wèn)題，如果你擁有所有模塊，你就會(huì)捕獲更多的問(wèn)題，”Oqton 的 Tamarozzi 說(shuō)。“覆蓋在不同階段捕獲的不同類(lèi)型的結(jié)果的端到端工作流程提供了大量信息......并向客戶展示他們可以在多個(gè)網(wǎng)站上保持一定的零件質(zhì)量打印。

就其本身而言，Hexagon 正試圖通過(guò)一套獨(dú)立于機(jī)器且與 CAD 無(wú)關(guān)的新工具為車(chē)間帶來(lái)可重復(fù)性。HxGN增材制造套件可與現(xiàn)有的 CAD 軟件、金屬粉末床熔融 （PBF） 打印機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控 （CNC） 機(jī)床配合使用，幫助車(chē)間人員在進(jìn)行任何物理構(gòu)建之前自動(dòng)執(zhí)行耗時(shí)的流程并優(yōu)化生產(chǎn)。

該平臺(tái)包括：Designer，一種用于逆向工程或設(shè)計(jì)零件的 CAD 制造解決方案;AM STUDIO，用于任何金屬 PBF AM 打印機(jī)的構(gòu)建準(zhǔn)備，包括切片和影線功能;Simufact Additive，用于類(lèi)比打印作業(yè)和優(yōu)化打印策略和構(gòu)建方向;以及 ESPIRIT EDGE，它使用 AI 和數(shù)位孿生技術(shù)來(lái)確保 CNC 加工和后處理的精確性。新套件還允許制造人員通過(guò)海克斯康的開(kāi)放式數(shù)位現(xiàn)實(shí)平臺(tái)Nexus進(jìn)行協(xié)作和共享實(shí)踐。

“減緩增材制造工業(yè)化的是制造質(zhì)量和生產(chǎn)力，”?？怂箍抵圃熘腔鄄块T(mén)增材制造解決方案總監(jiān)Mathieu Perennou說(shuō)。“將所有不同的步驟組合到一個(gè)解決方案中，解決了必須從一個(gè)產(chǎn)品跳到下一個(gè)產(chǎn)品的問(wèn)題，并在一個(gè)通用界面下提供所有工具。”

為了將質(zhì)量和過(guò)程控制提升到一個(gè)新的水平，Materialise 推出了 CO-AM 質(zhì)量和過(guò)程控制 （QPC），該解決方案使增材制造用戶能夠跟蹤、監(jiān)控、分析和關(guān)聯(lián)對(duì)零件質(zhì)量至關(guān)重要的所有數(shù)據(jù)。該軟件在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的不同階段將增材制造數(shù)據(jù)源互連，包括 3D 模型、原材料、工藝參數(shù)、原位工藝監(jiān)控、后處理和質(zhì)量檢測(cè)。這個(gè)想法是提供端到端流程和由此產(chǎn)生的相互關(guān)系的整體檢視。QPC系統(tǒng)也是Materialise更廣泛的CO-AM軟件平臺(tái)的一部分。

Materialise正在與Ansys合作，將其模擬技術(shù)集成到其軟件平臺(tái)中，以支援無(wú)縫工作流程。圖片由Materialise提供。

QPC的個(gè)模塊是今年早些時(shí)候發(fā)布的層分析，它可以幫助使用者分析和關(guān)聯(lián)3D打印過(guò)程中的層數(shù)據(jù)。該模塊經(jīng)過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，包括更多的原位過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源，以及將結(jié)果與 CT 掃描相關(guān)聯(lián)的能力。QPC Process Lab 是一個(gè)新成員，該模塊旨在促進(jìn)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作，以結(jié)構(gòu)化的方式集中生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便輕松訪問(wèn)。

在其他新聞中，Materialise宣布與Ansys建立合作伙伴關(guān)系，使Materialise Magics及其數(shù)據(jù)和構(gòu)建準(zhǔn)備軟件的使用者更容易訪問(wèn)Ansys模擬數(shù)據(jù)。該集成旨在創(chuàng)建無(wú)縫的工作流程，包括更輕松地將模擬結(jié)果應(yīng)用于構(gòu)建準(zhǔn)備過(guò)程，以確保打印成功和零件質(zhì)量。合作伙伴計(jì)劃在增材制造過(guò)程中探索更多模擬機(jī)會(huì)