弗吉尼亚理工大学开创金属增材制造新工艺

弗吉尼亚理工大学工程学院副教授Prahalada Rao带领的研究团队正在探索，如何通过人工智能与线弧增材制造技术相结合，在打印过程中检测并修正缺陷，从而提升潜艇和飞机零部件的制造水平。该方法旨在使制造流程比传统机加工方式更快速、更可靠。

弗吉尼亚理工大学工业与系统工程系副教授Prahalada Rao在凯利大厅未来制造实验室发言

Rao表示：“我们始终依赖传统机加工方式，但即使单个零件也需数月才能完工。增材制造技术让我们能以更快速度、更少损耗完成这些部件的生产，这为制造工艺开辟了全新思路。”

更快速、更智能的制造

传统机加工流程耗时耗力，且往往在生产完成后才能发现缺陷。冷战结束后，众多专业工厂的关闭给国防制造业造成了长期的技术断层。为此，研究人员正转向增材制造技术——特别是线弧与激光线材打印——这些技术能够快速制造大型复杂金属部件。

“线弧增材制造本质上是三维焊接，”Rao解释道，“如果说激光粉末床熔融技术每天能生产品脱容量的材料，线弧技术则是啤酒桶级别的。一天可沉积40-50kg材料。真正的挑战在于确保如此大量的金属沉积毫无瑕疵。”

为进一步攻克这一难题，Rao团队运用人工智能技术监测打印过程中金属液体的“熔池”状态，实时识别并修正潜在缺陷。“当熔池状态良好时，成品就能符合预期；当熔池异常时，我们也能预知后果，”Rao表示“因此我们开发了机器学习算法，能够以约90%的确定性预测制造过程何时出现异常。”

线弧增材制造成品示例

培育新一代制造人才

Rao在弗吉尼亚理工大学先进制造中心（Virginia Tech MADE）开展研究工作，致力于为学生和专业人士提供先进制造与数字技术培训。其主要工作场所位于凯利大厅实验室及学习工厂，该基地近期新增了激光粉末床熔融系统和混合激光线材制造系统。

“让学生接触未来在工业界将使用的设备至关重要，”Rao强调，“这正是学习工厂内激光粉末床熔融与激光线材系统的价值所在。增材制造技术能通过快速培训掌握，使我们的学子为迎接未来制造业做好充分准备。”

线弧增材制造技术新突破

除弗吉尼亚理工大学外，全球多家机构正在推动线弧增材制造的技术边界，并验证其工业应用潜力。

今年10月，专业从事大型增材制造的DEEP Manufacturing公司荣获挪威船级社（DNV）颁发的全面生产批准证书。此项认证基于此前获得的海事原则性批准，涵盖压力容器、载人压力容器以及船体结构与设备的线弧增材制造生产工艺。

7月，装甲车制造商Nurol Makina与机器人增材制造专家MetalWorm合作，成功运用线弧增材制造技术制造出关键装甲车辆部件。该零部件经过严格的实验室与现场测试，各项指标均符合标准，彰显了线弧增材制造为国防领域替代制造方案的潜力。

与此同时，德国金属3D打印机开发商GEFERTEC公司推出创新arc80X系列，旨在满足市场对大型金属部件线弧增材制造工艺日益增长的需求。该系列将金属惰性气体保护焊与专业CAM软件及西门子控制系统相结合，具有高堆叠速率和经济高效的物料处理优势，特别适用于能源领域涡轮部件等工业场景的生产制造。

作者：Paloma Duran

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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