法國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最佳工作臺設計

Bertrand WATTRISSE,，法國蒙彼利埃大學機械與材料交叉學科教授。主要研究方向：機械成像,，材料行為和熱機械耦合問題,。


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最佳工作臺設計》
   
以下為演講速記和現(xiàn)場PPT拍攝,，如有內容不宜公開，請聯(lián)系南極熊,。


女士們,、先生們，非常感謝大家的參與,，我的實驗室在法國的蒙彼利埃大學,，非常感謝盧院士的邀請，首先給大家一個比較廣泛的概念去了解一下最基本的技術的特征和原理,，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。我來自于蒙彼利埃大學,，它是法國一個學校，比鄰世界知名城市嘎納,，我實驗室涉及到機械,，土木工程方面，我們有不同的研究領域,，我們有一個團隊,，主要是研究焊縫基本的情況，我們也會研究相關的一些領域,，我主要負責實驗室的項目,。

第一部分是我們所處的團隊，我們有熱機械的性能研究,，對材料的熱性能和機械性能進行研究,，我們對材料的穩(wěn)定性進行研究，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,，使用先進的設備，我們使用數(shù)字化的對標,，而且從這個方法中可以得到很多的信息和數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)傳輸過來就會對數(shù)據(jù)進行處理。同時我們會建立起模型,，我們的模型比較穩(wěn)定,，我們會將這些模型使用模擬的工具，來對數(shù)據(jù)進行處理,，所以應用到更復雜的結構,。


我們用了比較光譜性研究的工具，我們會不斷地問很多的問題,，比如說對材料來說它的性能如何,，整個能量場的分布,，通過光譜儀器進行研究。

   

對于應用方面,，光譜儀器的應用也是非常廣泛,，我們有很多應用的場景，比如說對這個材料的疲勞特性進行研究,，對材料的設計進行研究,，我們通過光譜研究的方法也開發(fā)了很多的工具，對材料的機械性能進行研究,，我們搜集很多的數(shù)據(jù),，把數(shù)據(jù)進行整合，建立起自己的數(shù)據(jù)庫,。更多把自己的重點放在鑄件的生產(chǎn)和制造,。我們很多同事以一個團隊的形式，我們一些同事致力于研究機械方面,，有些研究熱動力學方面,，有的研究冶金方面，他們非常了解焊接整個工藝的流程,，焊接整體工藝的步驟都是非常熟悉的,，他們會開發(fā)出來最適合的方法，而且會了解焊接材料一些基本的性能,。通過應用這些工藝,，我們也會建立起來在工藝流程中各個部分之間，各個工藝環(huán)節(jié)之間他們產(chǎn)生的互動影響,，從而進行最佳的焊接優(yōu)化,，同時我們會有非常好的解決方案提供。通過一個工藝,，對方案進行不斷地優(yōu)化,，尤其是對于生產(chǎn)價值鏈來看，從生產(chǎn)鏈來看是非常重要的,，而且我們會有一個戰(zhàn)略性的計劃,，我們想要把機器人引入到工藝中去，在整個控制過程中,，我們有很多其他領域的合作伙伴,，尤其是使用計算機以及機器人是我們未來的一個走向。

我們對性能進行歸類,，這些歸類后的性能就是我們研究的關鍵部分,，我跟大家說一下我們進行的實驗活動，有AS活動，涉及到葉相,，熱傳遞,，量傳遞基本的行為還有熔冶金的固化，熱和機械性能的一些研究,，整個結構和材料的情況,，涉及到很多工藝，我們開發(fā)了一系列模擬的模型,，而且我們進行的這些實驗都是具有非常高的復雜度,，我們也做了很多實驗，在實驗中我們都是想要能夠獲取整體的評價機制,，對現(xiàn)象進行評價,，尤其在整個焊接工藝中都有什么現(xiàn)象，我們都會對此進行分析和研究,，這是具像的研究過程,。


我們由此獲得非常有價值的信息，從而更好地指導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，這是一種固化的過程,，我們同時在這里,，大家可以看到有展現(xiàn)出來，我們用高速攝像機記錄這個表面的過程,，我們也用痕跡追蹤的設備和儀器來看焊接劑,，在焊接表面開始凝固的時候，它后期變化的狀態(tài),，我們最后也會有相關的工作,，這個在整個過程中，把我們的研究項目往前推動,，我們建立了一個模擬的過程和模擬的狀態(tài),，尤其是對它的可塑性，熱性和機械性進行研究,，而且我們也看到在工作指南的指導下進行了自己的實驗和研究,。
   

跟大家探討我們技術的平臺，我們研究中采用了這個技術的平臺,，這個平臺是一個界面,，這個界面可以幫助我們進行教學工作和研究的工作，它可以支持創(chuàng)新性和跨多學科領域的研究,，而且可以進行設計,，同時也可以更新我們教學的計劃,，對我們的增材工業(yè)的發(fā)展具有非常大的好處。

跟大家說第一個工藝,，這是我們最基礎的想法,，去使用經(jīng)典性的模型設定起來，來看焊縫形成的過程,，如果說你的工藝控制不好的話,，我們工藝發(fā)展就會特別受到影響，尤其對它的結構產(chǎn)生毀滅性的影響,，在這個工藝過程中我們使用三種設計工具,。在普適共識所使用的工具中它的優(yōu)勢可以體現(xiàn)出來，而且它根據(jù)我們最基本的情況進行設計,。
   

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

下面這個部分更多給大家講到3D的定位,，以及對于3D打印過程的控制，我們說到這一點,，跟之前我的PPT息息相關,，我們使用這個部分對于打印機頭進行控制，我們有一個工業(yè)臺,，工業(yè)臺使用開源軟件,，能提供一個最基礎的工作歡迎環(huán)境，我們使用半自動化的處理控制結構,，它基于我們的模型設計,、生產(chǎn)和操作，總共是三個環(huán)節(jié),，這些所有的工藝都是使用不同的工具進行控制的,。首先我們有實時的攝像，數(shù)據(jù)獲取的工具,，這個工具可以幫助我們捕捉到,、甚至處理最基礎的數(shù)據(jù)，如果我們有了基礎數(shù)據(jù),，就會把這個數(shù)據(jù)實時的傳輸過來,，這個是實時的工藝監(jiān)控系統(tǒng)，我們全部都是使用實時系統(tǒng)，由此我們可以得到這個電子化的信息,，我們看到所使用的是25K赫茲標準,，在整個過程中我們可以看到它整個制造的環(huán)節(jié)和工藝，這些工具也可以進行優(yōu)化,，尤其是對于焊縫幾何形狀進行優(yōu)化,，比如說我們看到一些參數(shù)都對我們的公議產(chǎn)生很多的影響，在最開始的部分,，參數(shù)的選擇十分重要,，尤其是在我們操作最開始的階段，我們有很多不同的參數(shù),，很多參數(shù)可以進行調整,。


大家看到右邊的這個部分，如果只是改變了一毫米的位置,，這個界面就是很大程度上做了相關的改動,，它還可以對焊縫的幾何圖形進行更改。另外一點我們可以看到,，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對最終的結果產(chǎn)生非常大的影響，尤其是大家看到最底下這一個數(shù)值,，這個數(shù)值直接影響到對我們產(chǎn)品結構的質量方面造成非常大的影響,。
   

通過優(yōu)化部分，對參數(shù)進行優(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),，在整個工藝部分中,，我們有非常大量的數(shù)據(jù)需要進行處理，我們可以使用這些數(shù)據(jù)來自動進行象的甄別,，比如像各種氣象界面的監(jiān)控,，都是通過自動的方法來進行數(shù)字處理的，尤其是它的能量場,，還有像它進行估算的部分,，對于每一個單項可以進行估算，這是我舉兩個例子,，左邊和右邊各有一個例子,。

   

我們可以看到平均的延長時間，我們可以用這個數(shù)字符號代替它作為展示，我們也可以從這里面看到在操作過程中,，我們整體的控制確實跟焊量之間的關系,，因為這之間的關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,，我們對此進行了控制,，所以可以看到它質量和數(shù)量都可以得到比較平穩(wěn)的控制，這樣我們焊接的質量也可以進行優(yōu)化,。

   

到了結論的部分,，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鍵的一個部分,，尤其是對于工藝控制來說至為關鍵的一點，它可以為我們提供很多的信息,，像焊接工藝整體的跟蹤,。我們目標是想要優(yōu)化制造的戰(zhàn)略來減少缺陷，對最終產(chǎn)品的缺陷降低到最低,，有實時的工藝控制,，在實時的閉環(huán)中進行實時的控制。另外一點,，我們可以對機械性能的特征進行了解,，比如說它硬力，疲勞性等方面進行了解,，最重要的一部分可以了解到它微觀結構和性能之間的關系,，這些是我給大家舉的一些例子。
   
最后這個部分是一個大型的結構產(chǎn)品,，在我們的實驗室由博士生做相關的實驗,，謝謝大家的聆聽，我也為大家的提問準備好,，謝謝大家,。