Fraunhofer futureAM-下一代增材制造中的工业4.0和数字化流程链

在亚琛Fraunhofer激光技术研究所ILT的领导下，“futureAM – 新一代增材制造”于2017年11月推出，旨在将金属部件的增材制造加速至少10倍。当时3D科学谷做过关于“下一代粉末床激光熔融3D打印技术SLM系统的蓝图”的报道。本期，3D科学谷与谷友一起来领略Fraunhofer futureAM-下一代增材制造中的工业4.0和数字化流程链的项目情况。

来源：Fraunhofer

 让设计更轻松，让制造更简单

Fraunhofer的未来增材制造futureAM项目获得了特别令人兴奋的进展，这个项目整合了Fraunhofer旗下六个研究所的共同努力，这六个研究所包括位于亚琛的ILT激光研究所, 位于汉堡的IAPT增材制造技术研究所，位于不莱梅的IFAM制造技术与先进材料研究所，位于达姆施塔特的IGD计算机图形研究所，位于德累斯顿的IWS材料与光束技术研究所，位于开姆尼茨的 IWU机床工具与成型技术研究所。这些研究所的合作主要聚焦在两方面，一是从订单到产品制造的全流程角度全面考虑3D打印在数字和物理方面创造的附加值；二是通过研发飞跃性质的技术推动3D打印进入到新一代增材制造领域。

位于汉堡的Fraunhofer IAPT的目的是在工业4.0技术的帮助下，在整个工艺链中推动增材制造的数字化。主要目标是：

AutoPartIO：数字预处理

– 关于识别具有增材制造潜力的组件自动化选择功能

– 通过可扩展的软件自动进行组件优化

数字质量保证

– 根据过程监控数据以预期零部件的使用寿命并评估零部件质量

– 根据特定于零部件的缺陷和需求知识开发寿命预测工具

基于数字孪生的网络化流程链

– 借助特殊数据模型对物理过程链进行数字复制

– 数字流程链中的完整可追溯性和透明性

AutoPartIO：数字预处理

目标是开发一个可扩展的软件组合工具箱，用于模拟和优化增材制造组件。首先，拓扑优化是在数学上从根本上实现的。除了轻质结构刚度优化的经典目标外，还考虑了仿生力学元素，传热和流体力学问题。

仿生力学与功能实现

与经典拓扑优化相比，仿生力学可以产生其他积极影响。为了使仿生力学获得更广泛的应用，必须对各种功能实现进行识别和参数化。用合适的仿生特征代替相同应力类型的设计是有利的。

生物学模型的参数化为这种设计优化奠定了基础，通过这种方式，可以充分利用轻巧的仿生力学设计潜力。

突破拓扑优化的限制

在已建立的拓扑优化中，目前尚未充分考虑工艺，材料和其他特定的特性以及增材制造的限制。Fraunhofer开发了新的多功能功能目标，可确保直接进行3D打印。

计算机辅助功能模块

为了使得用户能够在不广泛了解增材制造的情况下利用3D打印的优点，“计算机辅助功能（CAF）”是必要的。当面临指定的任务，并确定要实现的功能的时候。例如主动和被动散热器，热交换器等零件，针对这些零件，系统所进行的参数化仿生力学优化和拓扑优化将考虑到特定于工艺和材料的限制。

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