法國(guó)Bertrand教授：可在線控制工藝和優(yōu)化焊縫幾何形狀的多模塊WAAM最佳工作臺(tái)設(shè)計(jì)

Bertrand WATTRISSE，法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)機(jī)械與材料交叉學(xué)科教授。主要研究方向：機(jī)械成像，材料行為和熱機(jī)械耦合問(wèn)題。


演講主題：《可在線控制工藝和優(yōu)化焊縫幾何形狀的多模塊WAAM最佳工作臺(tái)設(shè)計(jì)》
   
以下為演講速記和現(xiàn)場(chǎng)PPT拍攝，如有內(nèi)容不宜公開(kāi)，請(qǐng)聯(lián)系南極熊。


女士們、先生們，非常感謝大家的參與，我的實(shí)驗(yàn)室在法國(guó)的蒙彼利埃大學(xué)，非常感謝盧院士的邀請(qǐng)，首先給大家一個(gè)比較廣泛的概念去了解一下最基本的技術(shù)的特征和原理，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了很多的優(yōu)化，主要發(fā)生在焊縫幾何形狀這一部分。我來(lái)自于蒙彼利埃大學(xué)，它是法國(guó)一個(gè)學(xué)校，比鄰世界知名城市嘎納，我實(shí)驗(yàn)室涉及到機(jī)械，土木工程方面，我們有不同的研究領(lǐng)域，我們有一個(gè)團(tuán)隊(duì)，主要是研究焊縫基本的情況，我們也會(huì)研究相關(guān)的一些領(lǐng)域，我主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目。

第一部分是我們所處的團(tuán)隊(duì)，我們有熱機(jī)械的性能研究，對(duì)材料的熱性能和機(jī)械性能進(jìn)行研究，我們對(duì)材料的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，做了很多的樣本和很多材料的分析，我們有不同程度的分析，使用先進(jìn)的設(shè)備，我們使用數(shù)字化的對(duì)標(biāo)，而且從這個(gè)方法中可以得到很多的信息和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。同時(shí)我們會(huì)建立起模型，我們的模型比較穩(wěn)定，我們會(huì)將這些模型使用模擬的工具，來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以應(yīng)用到更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。


我們用了比較光譜性研究的工具，我們會(huì)不斷地問(wèn)很多的問(wèn)題，比如說(shuō)對(duì)材料來(lái)說(shuō)它的性能如何，整個(gè)能量場(chǎng)的分布，通過(guò)光譜儀器進(jìn)行研究。

   

對(duì)于應(yīng)用方面，光譜儀器的應(yīng)用也是非常廣泛，我們有很多應(yīng)用的場(chǎng)景，比如說(shuō)對(duì)這個(gè)材料的疲勞特性進(jìn)行研究，對(duì)材料的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，我們通過(guò)光譜研究的方法也開(kāi)發(fā)了很多的工具，對(duì)材料的機(jī)械性能進(jìn)行研究，我們搜集很多的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立起自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。更多把自己的重點(diǎn)放在鑄件的生產(chǎn)和制造。我們很多同事以一個(gè)團(tuán)隊(duì)的形式，我們一些同事致力于研究機(jī)械方面，有些研究熱動(dòng)力學(xué)方面，有的研究冶金方面，他們非常了解焊接整個(gè)工藝的流程，焊接整體工藝的步驟都是非常熟悉的，他們會(huì)開(kāi)發(fā)出來(lái)最適合的方法，而且會(huì)了解焊接材料一些基本的性能。通過(guò)應(yīng)用這些工藝，我們也會(huì)建立起來(lái)在工藝流程中各個(gè)部分之間，各個(gè)工藝環(huán)節(jié)之間他們產(chǎn)生的互動(dòng)影響，從而進(jìn)行最佳的焊接優(yōu)化，同時(shí)我們會(huì)有非常好的解決方案提供。通過(guò)一個(gè)工藝，對(duì)方案進(jìn)行不斷地優(yōu)化，尤其是對(duì)于生產(chǎn)價(jià)值鏈來(lái)看，從生產(chǎn)鏈來(lái)看是非常重要的，而且我們會(huì)有一個(gè)戰(zhàn)略性的計(jì)劃，我們想要把機(jī)器人引入到工藝中去，在整個(gè)控制過(guò)程中，我們有很多其他領(lǐng)域的合作伙伴，尤其是使用計(jì)算機(jī)以及機(jī)器人是我們未來(lái)的一個(gè)走向。

我們對(duì)性能進(jìn)行歸類，這些歸類后的性能就是我們研究的關(guān)鍵部分，我跟大家說(shuō)一下我們進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，有AS活動(dòng)，涉及到葉相，熱傳遞，量傳遞基本的行為還有熔冶金的固化，熱和機(jī)械性能的一些研究，整個(gè)結(jié)構(gòu)和材料的情況，涉及到很多工藝，我們開(kāi)發(fā)了一系列模擬的模型，而且我們進(jìn)行的這些實(shí)驗(yàn)都是具有非常高的復(fù)雜度，我們也做了很多實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中我們都是想要能夠獲取整體的評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，尤其在整個(gè)焊接工藝中都有什么現(xiàn)象，我們都會(huì)對(duì)此進(jìn)行分析和研究，這是具像的研究過(guò)程。


我們由此獲得非常有價(jià)值的信息，從而更好地指導(dǎo)我們焊接工藝流程的整體處理。

在這一部分我想跟大家舉一些例子，尤其是我們采用的AS的步驟和方法，我們有使用不同的工藝，像這種鑄形，這是一種固化的過(guò)程，我們同時(shí)在這里，大家可以看到有展現(xiàn)出來(lái)，我們用高速攝像機(jī)記錄這個(gè)表面的過(guò)程，我們也用痕跡追蹤的設(shè)備和儀器來(lái)看焊接劑，在焊接表面開(kāi)始凝固的時(shí)候，它后期變化的狀態(tài)，我們最后也會(huì)有相關(guān)的工作，這個(gè)在整個(gè)過(guò)程中，把我們的研究項(xiàng)目往前推動(dòng)，我們建立了一個(gè)模擬的過(guò)程和模擬的狀態(tài)，尤其是對(duì)它的可塑性，熱性和機(jī)械性進(jìn)行研究，而且我們也看到在工作指南的指導(dǎo)下進(jìn)行了自己的實(shí)驗(yàn)和研究。
   

跟大家探討我們技術(shù)的平臺(tái)，我們研究中采用了這個(gè)技術(shù)的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)是一個(gè)界面，這個(gè)界面可以幫助我們進(jìn)行教學(xué)工作和研究的工作，它可以支持創(chuàng)新性和跨多學(xué)科領(lǐng)域的研究，而且可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以更新我們教學(xué)的計(jì)劃，對(duì)我們的增材工業(yè)的發(fā)展具有非常大的好處。

跟大家說(shuō)第一個(gè)工藝，這是我們最基礎(chǔ)的想法，去使用經(jīng)典性的模型設(shè)定起來(lái)，來(lái)看焊縫形成的過(guò)程，如果說(shuō)你的工藝控制不好的話，我們工藝發(fā)展就會(huì)特別受到影響，尤其對(duì)它的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀滅性的影響，在這個(gè)工藝過(guò)程中我們使用三種設(shè)計(jì)工具。在普適共識(shí)所使用的工具中它的優(yōu)勢(shì)可以體現(xiàn)出來(lái)，而且它根據(jù)我們最基本的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
   

另外一點(diǎn)是CMT的工藝，MIG由短路的控制，金屬的傳布分為四個(gè)部分，有電弧的過(guò)程，短的線路的過(guò)程，這展現(xiàn)出來(lái)它的一個(gè)CMT過(guò)程中的整體的循環(huán)。
   

下面這個(gè)部分更多給大家講到3D的定位，以及對(duì)于3D打印過(guò)程的控制，我們說(shuō)到這一點(diǎn)，跟之前我的PPT息息相關(guān)，我們使用這個(gè)部分對(duì)于打印機(jī)頭進(jìn)行控制，我們有一個(gè)工業(yè)臺(tái)，工業(yè)臺(tái)使用開(kāi)源軟件，能提供一個(gè)最基礎(chǔ)的工作歡迎環(huán)境，我們使用半自動(dòng)化的處理控制結(jié)構(gòu)，它基于我們的模型設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和操作，總共是三個(gè)環(huán)節(jié)，這些所有的工藝都是使用不同的工具進(jìn)行控制的。首先我們有實(shí)時(shí)的攝像，數(shù)據(jù)獲取的工具，這個(gè)工具可以幫助我們捕捉到、甚至處理最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，如果我們有了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，就會(huì)把這個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸過(guò)來(lái)，這個(gè)是實(shí)時(shí)的工藝監(jiān)控系統(tǒng)，我們?nèi)�部都是使用�?shí)時(shí)系統(tǒng)，由此我們可以得到這個(gè)電子化的信息，我們看到所使用的是25K赫茲標(biāo)準(zhǔn)，在整個(gè)過(guò)程中我們可以看到它整個(gè)制造的環(huán)節(jié)和工藝，這些工具也可以進(jìn)行優(yōu)化，尤其是對(duì)于焊縫幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化，比如說(shuō)我們看到一些參數(shù)都對(duì)我們的公議產(chǎn)生很多的影響，在最開(kāi)始的部分，參數(shù)的選擇十分重要，尤其是在我們操作最開(kāi)始的階段，我們有很多不同的參數(shù)，很多參數(shù)可以進(jìn)行調(diào)整。


大家看到右邊的這個(gè)部分，如果只是改變了一毫米的位置，這個(gè)界面就是很大程度上做了相關(guān)的改動(dòng)，它還可以對(duì)焊縫的幾何圖形進(jìn)行更改。另外一點(diǎn)我們可以看到，在工業(yè)參數(shù)的影響是非常重要的，我們焊接的速度也是會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生非常大的影響，尤其是大家看到最底下這一個(gè)數(shù)值，這個(gè)數(shù)值直接影響到對(duì)我們產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的質(zhì)量方面造成非常大的影響。
   

通過(guò)優(yōu)化部分，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，我們可以試圖去控制這些部分，這些我們需要優(yōu)化的部分，這是一些例子，我們能做一些什么呢？這是線上的監(jiān)控系統(tǒng)，在整個(gè)工藝部分中，我們有非常大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理，我們可以使用這些數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)進(jìn)行象的甄別，比如像各種氣象界面的監(jiān)控，都是通過(guò)自動(dòng)的方法來(lái)進(jìn)行數(shù)字處理的，尤其是它的能量場(chǎng)，還有像它進(jìn)行估算的部分，對(duì)于每一個(gè)單項(xiàng)可以進(jìn)行估算，這是我舉兩個(gè)例子，左邊和右邊各有一個(gè)例子。

   

我們可以看到平均的延長(zhǎng)時(shí)間，我們可以用這個(gè)數(shù)字符號(hào)代替它作為展示，我們也可以從這里面看到在操作過(guò)程中，我們整體的控制確實(shí)跟焊量之間的關(guān)系，因?yàn)檫@之間的關(guān)系可以更好地去控制焊縫的幾何形狀。
   
大家看到右邊在工藝流程中，我們對(duì)此進(jìn)行了控制，所以可以看到它質(zhì)量和數(shù)量都可以得到比較平穩(wěn)的控制，這樣我們焊接的質(zhì)量也可以進(jìn)行優(yōu)化。

   

到了結(jié)論的部分，我想給大家拋磚引玉，去引發(fā)大家一些思考和想，這是我們所使用的增材制造最為關(guān)鍵的一個(gè)部分，尤其是對(duì)于工藝控制來(lái)說(shuō)至為關(guān)鍵的一點(diǎn)，它可以為我們提供很多的信息，像焊接工藝整體的跟蹤。我們目標(biāo)是想要優(yōu)化制造的戰(zhàn)略來(lái)減少缺陷，對(duì)最終產(chǎn)品的缺陷降低到最低，有實(shí)時(shí)的工藝控制，在實(shí)時(shí)的閉環(huán)中進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。另外一點(diǎn)，我們可以對(duì)機(jī)械性能的特征進(jìn)行了解，比如說(shuō)它硬力，疲勞性等方面進(jìn)行了解，最重要的一部分可以了解到它微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，這些是我給大家舉的一些例子。
   
最后這個(gè)部分是一個(gè)大型的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，在我們的實(shí)驗(yàn)室由博士生做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，謝謝大家的聆聽(tīng)，我也為大家的提問(wèn)準(zhǔn)備好，謝謝大家。