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(nèi)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(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(jié)構(gòu)。


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(jié)構(gòu)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(shù)的平臺，我們研究中采用了這個技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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?nèi)�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(diào)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(jié)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(jié)構(gòu)的質(zhì)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(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。