EN
Основы роботизированной технологии WAAM: точность, адаптивность и управление в реальном времени
MetalXL и замкнутая система терморегулирования
С помощью MetalXL программное обеспечение для роботизированного аддитивного производства методом дуговой сварки проволокой (WAAM) может изменять параметры сварки в процессе сварки, обеспечивая корректировку процесса наплавки металла в реальном времени. В сочетании с замкнутой системой термического управления система компенсирует накопление тепла и контролирует входные параметры, снижая тепловую нагрузку в процессе наплавки. Такая замкнутая система позволяет предотвратить геометрическое смещение, которое в обычных условиях приводит к отклонениям до ±0,5 мм в высоконадёжных применениях. Координированное управление сохраняет металлургическую целостность заготовки и одновременно обеспечивает возможность построения сложных многослойных структур.
Планирование движения и оптимизация траектории для обеспечения геометрической сложности в роботизированном WAAM
Усовершенствованные алгоритмы планирования в MetalXL учитывают физику процесса наплавки и геометрию детали в совокупности с кинематическими ограничениями роботизированной руки. В нём используется алгоритм оптимизации траектории и движения, который сокращает время перемещения, обеспечивая при этом равномерное распределение сварочных валиков и формирование слоёв. Усовершенствованные алгоритмы используют интерполяцию для заполнения контуров, полостей, выступов и сложных органических форм без необходимости ручного перепрограммирования. Эта система позволяет изготавливать геометрии, которые невозможно реализовать с помощью традиционных методов литья, ковки или субтрактивной обработки.
Роботизированный WAAM и будущее прототипирования по требованию в ядерной и аэрокосмической отраслях
Роботизированная рука WAAAM способна создавать сложные прототипы по требованию, избегая многонедельных сроков изготовления, характерных для литья или ковки. Это значительно сокращает циклы производства за счёт изготовления инструментов и компонентов в близком к конечному виде (near-net shape), после чего их можно подвергнуть автоклавированию. Технология WAAM может применяться в аэрокосмической отрасли для создания вакуумно-герметичных инструментов в близком к конечному виде. Аналогичным образом её можно использовать при производстве ядерных компонентов — например, для прямого изготовления рабочих колёс турбин по цифровой модели, что позволяет исключить отходы. Крупное космическое агентство применило технологию WAAM для более дешёвого и быстрого производства деталей ракетных двигателей по сравнению с традиционными методами. Технология WAAM является отличным инструментом для модернизации устаревающих ядерных систем и проектирования следующего поколения более совершенных аэрокосмических систем. Она позволяет создавать несколько более сложных конструкций и сокращает время и затраты на их производство.
Сокращение сроков изготовления и географически распределённое производство благодаря модульной роботизированной технологии WAAM
WAAM использует более мелкие модульные установки, что позволяет децентрализовать производство и сократить глобальную цепочку поставок. Это исключает необходимость транспортировки по всему миру крупных и тяжёлых отливок и обеспечивает производство непосредственно вблизи конечных потребителей. Эта система была успешно протестирована ведущим оборонным подрядчиком, которому удалось изготавливать компоненты для бронированных машин непосредственно на месте их эксплуатации, что привело к значительному сокращению сроков изготовления. Для работы таких модульных роботизированных систем WAAM требуется минимальный набор инструментов, а перенастройка системы под другую задачу занимает всего несколько часов. Такое превосходное сочетание возможностей позволяет пользователям оперативно изготавливать детали малыми партиями и в чрезвычайных ситуациях, а также создавать прототипы. Технология WAAM даёт небольшим поставщикам доступ к крупномасштабным производственным системам, что укрепляет технологический и промышленный потенциал в энергетическом, авиакосмическом и военном секторах.
Повышение возможностей проектирования и управления жизненным циклом за счёт роботизированной технологии WAAM
Сложные геометрии, функционально-градиентные структуры и ремонт в процессе изготовления
Применение роботизированной технологии WAAM означает, что конструкции больше не ограничиваются использованием форм и штампов. Таким образом, конструкции могут быть значительно более сложными и оптимизироваться с помощью топологической оптимизации, а также включать органические формы. Кроме того, роботизированная технология WAAM способна создавать функционально-градиентные структуры, в которых состав, микроструктура или ориентация зёрен могут варьироваться по отдельным слоям материала. Такая градиентность позволяет изменять механические и тепловые характеристики в отдельных областях изделия. Также возможен ремонт в процессе изготовления с использованием роботизированной технологии WAAM: компоненты, подвергшиеся повреждению (например, лопатки турбин), могут быть восстановлены путём нанесения дополнительного материала на существующую конструкцию, после чего изделие обрабатывается механическим способом для восстановления исходной формы. Роботизированная технология WAAM повышает срок службы таких компонентов, а за счёт снижения необходимости их замены способствует увеличению общего срока эксплуатации.
Интеллектуальная автоматизация: мониторинг, обнаружение аномалий и прогнозирующее управление в роботизированной технологии WAAM
Интеграция роботизированной технологии WAAM с интеллектуальной автоматизацией обеспечивает повышенную надёжность и стабильность процесса, что представляет большую ценность. В режиме реального времени осуществляется измерение теплового профиля конструкции, геометрии наплавленного валика, устойчивости дуги и динамики расплавленной ванны. В роботизированной технологии WAAM для анализа данных используется искусственный интеллект, позволяющий выявлять аномалии — такие как раннее образование пористости, непровар и несоосность слоёв — а также вносить корректировки в замкнутом контуре управления. Прогнозирующее управление позволяет оценивать техническое состояние оборудования; такая оценка выполняется на основе телематических данных, получаемых от датчиков, и позволяет определить необходимость проведения технического обслуживания. Благодаря применению этих методов время простоя, вызванное внеплановым техническим обслуживанием, сократилось на 40 %, при этом контроль качества остаётся непрерывным.
Платформы MaxQ и аналогичные решения для искусственного интеллекта в области обеспечения качества и прогнозирующего технического обслуживания
Интегрированные системы глубокого обучения отслеживают параметры процесса и оборудования с разрешением и точностью, превышающими возможности человека. MaxQ интерпретирует сигналы датчиков и исполнительных устройств — тепловые, акустические и вибрации в роботизированных сочленениях — сравнивая их с данными предыдущих производственных циклов, чтобы прогнозировать дефекты ещё до их возникновения. Анализ вибрационных, тепловых и акустических характеристик предотвращает перегрев и деградацию исполнительных устройств и подсистем, что увеличивает срок службы оборудования на 25–30 % и существенно сокращает трудозатраты на ручной контроль. MaxQ обеспечивает контроль качества с высокой точностью и соблюдением нормативных требований при минимальных затратах.
Часто задаваемые вопросы
Что такое роботизированная WAAM?
Это один из методов передового производства металлических изделий с использованием роботизированных систем, объединяющий сварку и процесс аддитивного производства проволочным дуговым методом (Wire Arc Additive Manufacturing) на основе компьютерных CAD-моделей.
Какова точность WIAM?
Точное управление обеспечивается за счет использования замкнутых систем теплового контроля в процессе наплавки с помощью программного обеспечения MetalXL, которые гибко адаптируются к изменениям и корректировкам в реальном времени.
Может ли WAAM изготавливать сложные формы?
Да, передовая оптимизация траектории и планирование движения позволяют изготавливать сложные формы, внутренние полости и органические структуры, включая выступающие участки, без необходимости пересмотра траекторий движения.
В каких отраслях применяется роботизированный WAAM?
Производство в аэрокосмической, ядерной и оборонной отраслях получает выгоду от инноваций в области быстрого и заказного производства, обеспечиваемых роботизированным WAAM.
Как искусственный интеллект влияет на WAAM?
Влияние MaxQ, использующего глубокое обучение для продления срока службы оборудования, мониторинга в реальном времени и прогнозирования отказов в ходе процессов обеспечения качества при WAAM, является значительным. MaxQ расширяет возможности обеспечения качества и прогнозирующего технического обслуживания.