智能制造技术案例分析答案(案例 l 透过火箭燃料箱增材制造挑战，理解智能控制技术的价值)

多年来，粉末床激光选区熔融(L-PBF)金属增材制造已从关键应用的原型设计发展到批量生产，并不断面临生产更复杂的几何形状、满足更高的质量要求及产量需求的挑战。为应对这些挑战，业界不仅需要创新的机器硬件，而且需要改进曝光策略并引入新的软件功能。

在过去，工艺监测主要用于识别成型过程中的中断问题，然后将其与零部件特性相关联。这些数据还可用于改进工艺参数或零部件方向，以便进行零部件成型的下一次迭代。

如今，工业级增材制造设备企业EOS的成型控制软件—SmartFusion闭环智能熔融技术将工艺监测提升到了全新水平。近日，EOS在《SmartFusion实践指南》中揭示了这一技术。

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SmartFusion技术工作原理

SmartFusion软件使用来自EOSTATEExposure光学断层扫描(OT)监控系统的图像来确定最佳能量输入，从而管理零部件的热特性。SmartFusion闭环智能熔融技术可用于生成此前无法成型的几何形状，从而明显改善成型能力，且不会对成型时间和材料特性产生任何负面影响。此外，SmartFusion可以显著减少支撑结构，从而缩短成型时间、后处理时间并减少材料浪费，使基于LPBF工艺的直接金属激光熔融(DMLS)增材制造技术更具可持续性。

EOSTATEExposureOT可?于监测零部件每?层的热?为。然后，控制器会确定维持均匀热分布所需的激光功率校正因?。在下?层中，会考虑这些校正因?，并相应地调整激光功率。这?过程将以约100μm的极?光学分辨率逐层重复。因此，获得正确零部件所需的迭代次数将减少到1，并且能够尽可能减少?撑结构。

案例

零部件的一般信息及挑战

EOSSmartFusion闭环智能熔融技术实现工艺改进的典型案例之一是在EOSM300-4金属增材制造系统中用Ti6Al4V钛合金生产Launcher火箭燃料箱。

该燃料箱是航天器推进系统的关键组件，用于储存推动航天器进入太空的燃料。为进入太空，需要使用八个燃料箱为轨道卫星运载工具和平台提供燃料。图1显示了通过EOS技术增材制造的燃料箱模型以及连接在EOSM300-4成型基板上的成型零部件。

该零部件的成型主要面临两个挑战：燃料箱盖具有10°-0°的悬垂角度，以及需要尽可能少地使用支撑结构来生产该零部件。必须在满足所有功能要求的同时解决这两个挑战。该燃料箱的直径为290mm，高度为400mm，需要利用EOSM300-4增材制造系统的全部成型空间。

其壁厚小于3mm，在变形和几何精度方面十分具有挑战性。

成型工艺

EOS的SmartFusion闭环智能融合工艺改进了热管理，可在不产生人为延迟的情况下生产燃料箱，并且可以构建无支撑的10°-0°悬垂部分，而标准工艺只能构建30至40度的悬垂部分且在照射期间会产生额外的处理延迟。该燃料箱的支撑结构只是为了将其固定在基板上。

测试结果显示，其表面光洁度均匀，没有开放的表面孔隙且几何形状稳定，如图3所示。

SmartFusion闭环智能熔融是全新的增材制造解决方案，可解决工程师和业界所面临的多种挑战。借助该技术，工程师能够构建难以成型的几何形状、减少浪费并提高成品质量。这项新技术将在未来得到进一步发展、为行业带来更大便利，并使工程师能够创造出更加创新和复杂的设计。

→构建难以成型的几何形状

借助SmartFusion，工程师能够设计和制造具有复杂几何设计的零部件，例如极端的悬垂结构、极薄的内壁或圆顶结构，从而开辟全新的应用领域。

→对成型时间没有负面影响

与其他解决方案不同，SmartFusion不会影响成型时间。SmartFusion不会产生额外的等待或冷却时间。

→提高机器利用率

SmartFusion减少了对支撑结构的需求，从而提高了机器利用率，可以更高效地利用资源并降低生产成本。

→减少浪费

通过减少对支撑结构的需求，SmartFusion还减少了制造过程中产生的废物量，既环保又具有成本效益。

→灵活设计

借助SmartFusion，工程师可以更加灵活地进行设计。这意味着可以针对更多应用开展生产制造并实现积极的业务案例，同时可以在不改变设计的情况下使更多传统应用变得更加可行。

→缩短产品上市时间

SmartFusion包含自动化功能，可帮助工程师更快地找到正确的参数，从而缩短新产品的上市时间，这对于需要保持竞争力的企业而言至关重要。

→降低单件成本

(CPP)使增材制造对于供应链整合更具吸引力。该技术因此将在制造业中得到更广泛的采用和更广泛的使用。

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