德国的IDEA项目助力大中小企业的工业化3D打印，已成功改造两条生产线

2022 年11月21日，南极熊获悉，在德国亚琛，德国联邦教育和研究部 (BMBF) 的一个项目的合作者指出，通过IDEA 项目，他们成功使得大型公司和中小型公司（SME），以更经济的方式进行增材制造，生产中等批量的个性化组件。



IDEA 项目于三年前正式启动，目标是为原始设备制造商和中小企业实现增材制造的工业化。该项目汇集了来自工业界的各个合作伙伴，包括两个弗劳恩霍夫研究所（激光技术 ILT 和生产技术 IPT）和亚琛工业大学。他们建造了两条用于金属3D打印的自动化增材生产线，具有很高的性能，可生产功能强大的高端部件，例如用于燃气轮机的部件。


△使用连续波（左）和脉冲波（右）轮廓曝光制造的涡轮导流叶片演示器，具有增强的细节分辨率。由 Fraunhofer ILT 提供。

该项目共进行了两条生产线的改造：
IDEA 项目为中小企业和大规模企业生产开发相应大的生产线，能够在建设和运营之前就能够显着降低产品成本。

1.在柏林的 Siemens Energy （西门子能源）燃气轮机工厂开发了一条大型工业试验生产线。

来自Siemens Energy燃气轮机厂的 IDEA 项目经理 Julius Schurb 说：“此次制作的涡轮导流叶片证明了我们生产线的高性能和高效率，整体制作时间减少了50% 。这一结果将使我们能够进一步推进增材制造的工业化，并以具有竞争力的成本提供燃气轮机的关键部件，即使是小批量生产。”

2.在 Georgensgmünd 市的 toolcraft AG 开发了一条面向中小企业的生产线。

toolcraft是一家使用增材制造工艺进行批量生产的中型公司，现在改变了生产线的生产模式，更改为由子工艺组成的集成端到端制造，提高了制造效率。数字转型与开发主管 Markus Langer 表示将在 toolcraft 推广这种生产线。

Langer 说：“手动操作被自动化所替代，这帮助我们实现了更高的工艺稳定性和质量，为了使用真实数据进行模拟研究，我们需要制造数字化。例如，使用 VR 眼镜将模拟数据（在 IDEA 中进一步开发）传输到数字工作计划、测试说明以及交互式培训。这样即使是在高度复杂的任务环境中，员工仍能正常工作。”

IDEA项目团队的跨学科组成汇集了涡轮机械、数字化、自动化、飞行器技术、后处理、激光和3D打印技术等学科的专家，他们对整体生产线作了很多的改进:

●由于航空航天业具有非常高的安全标准，激光束熔化的应用在整个过程链中都具有严格的质量保证，在 IDEA 中，研究人员特别关注基于监控的粉末状态、多激光机的稳健工艺鉴定以及自动化工艺监控解决方案。

●Fraunhofer ILT 为 LPBF 开发了一种带有脉冲激光辐射的过程控制系统，该系统可以提高细节分辨率并减少形状偏差。它还减少了后处理所需的工作量，并使制造复杂的几何形状成为可能，这些几何形状不仅具有更高的细节分辨率，而且具有更高的燃烧效率。

●Fraunhofer ILT 还开发并评估了一种新型成像监测系统。高分辨率立体相机可以检测过程不稳定性，例如组件变形或粉末床缺陷。由于摄像系统安装在重涂机上，原则上也可以对现有机器进行改装。Fraunhofer ILT 与合作伙伴 Jenoptik 合作展示了基于人工智能的测量数据评估。



尽管任务不同，但这两条生产线有许多共同之处。IDEA 的重点是在数字工程下对整个流程链进行数字化改造：有针对性的自动化，结合数字孪生和现代产品控制系统，确保所有相关生产数据得到连续记录和使用。这些生产线与传统的 3D 打印系统有很大不同，后者在很大程度上隔离了工艺步骤，并且需要许多人工干预，容易导致“试错”成本和高组件成本。

西门子数字工业增材制造副总裁 Karsten Heuser 说：“在增材制造领域，数字孪生正在彻底改变整个价值链的流程，作为增材制造的一部分、生产过程或性能的虚拟图像，使我们能够无缝连接各个工艺步骤。通过使用数字双胞胎，我们可以持续提高两条工业生产线的效率，最大限度地减少错误率，并缩短开发周期。”

两条生产线的一个特点是利用了增材工艺链的数字化。这包括用于部件几何监测的自动测量方法、涡轮导流叶片的增材修复以及增材制造部件的自动精加工。