金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法技术方案

本发明专利技术基于对金属增材制造工艺系统特征、机理、数据及其内在复杂关系量化建模需求的综合分析，详细阐述工艺数据组成及数据节点关系框架，将现代试验设计、先进材料表征、多物理场数值模拟和大数据分析技术融入系统性工艺试验设计及结构化工艺数据采集过程，以均匀性和正交性为原则通过精心设计试验点和工艺数据采集方案获得建立优质深度神经网络预测模型所需的全部数据，聚焦多个变量的共同响应重点关注综合试验质量和试验效率，实现工艺系统高度关联的多样多元多维离散强耦合工艺数据的结构化高效采集，为复杂制造工艺系统量化分析及工艺过程机理建模提供数据支撑，为实现焊接大数据、高端增材装备开发和智能制造领域探索奠下基础。

【技术实现步骤摘要】
金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法
本专利技术涉及数据采集分析，具体涉及一种金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法
技术介绍
金属增材制造(AdditiveManufacturing,AM)或3D打印是最前沿和最有潜力的增材制造技术，是航空航天、生物医学和能源交通等重要领域的潜在颠覆性技术。该技术借助激光束、电子束或电弧等热源熔化金属粉末或丝材，通过熔池凝固逐道逐层构建金属零部件，可以提高设计自由度和制造灵活性，从而实现复杂结构成型、增加产品定制性和缩短上市时间，同时消除传统规模经济的约束。金属增材制造过程信息采集与分析表征是其工艺机理揭示与过程控制的核心关键。然而，金属增材制造工艺系统是一个涉及电弧热、力、声、光、电、磁等复杂物理效应、材料熔化、熔池流动、熔体凝固与基体固态相变的复杂选区连续熔铸系统，其中能场、温度场、流场、相场、应力场等物理场耦合作用强烈，且金属材料固、液、等离子三态急速转变的传热传质过程异常复杂，导致等离子体形态、熔滴过渡、熔覆成形、合金元素分布、显微组织状态、构件强韧性能的显著变化与差异，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤一：对金属增材制造工艺系统进行综合分析，以支持工艺试验方案设计和工艺过程机理建模分析；/n步骤二：根据金属增材制造工艺系统特征和工程需求，确定金属增材制造工艺系统数据节点及其主要参数，制定工艺参数设定表，选定过程参量采集办法和指标数据测试方法，核实试验成本及周期，明确具体试验操作步骤，统筹数据采集试验时间安排，确定数据采集试验方案；/n步骤三：根据所确定的数据采集试验方案来实施金属增材制造工艺试验并对工艺过程进行参量采集和控制优化，对工艺试验无法或难以测得的物理场变量进行机理建模、数值模拟、计算结果分析...

【技术特征摘要】
1.一种金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：对金属增材制造工艺系统进行综合分析，以支持工艺试验方案设计和工艺过程机理建模分析；
步骤二：根据金属增材制造工艺系统特征和工程需求，确定金属增材制造工艺系统数据节点及其主要参数，制定工艺参数设定表，选定过程参量采集办法和指标数据测试方法，核实试验成本及周期，明确具体试验操作步骤，统筹数据采集试验时间安排，确定数据采集试验方案；
步骤三：根据所确定的数据采集试验方案来实施金属增材制造工艺试验并对工艺过程进行参量采集和控制优化，对工艺试验无法或难以测得的物理场变量进行机理建模、数值模拟、计算结果分析，将试验和模拟所得数据进行比较印证，以确保原始数据真实可靠地反映物理现象本质；
步骤四：对工艺试验所得金属增材制造结构检测分析与表征，获得增材结构检测分析的工艺系统原始数据；
步骤五：对所获得的工艺系统原始数据进行结构化处理，以确保数据完整、安全；
步骤六：通过对结构化处理后的工艺系统原始数据的持续采集和挖掘分析，揭示金属增材制造结构和工艺技术隐含的专业知识，补充或扩充工艺数据集。


2.如权利要求1所述的金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法，其特征在于，所述步骤一中，金属增材制造工艺系统由设备、工况、材料和工艺四部分组成，其核心数据按照设备信息、工况条件、工艺参数、母材状态、能场参量、熔覆成形、微观组织和结构性能八个数据节点进行结构化。


3.如权利要求1所述的金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法，其特征在于，所述步骤二，确定工艺系统数据节点及其主要参数，并制定工艺参数设定表的具体步骤如下：
明确金属增材制造工艺系统核心数据节点的状态和关系特征；
明确工艺系统核心数据的结构化特征；
对工艺数据节点内具体因素和指标参数进行穷举和重要性排序，并根据实际工程对工艺系统量化模型功能的需求和成本预算，确定工艺系统数据节点及其主要参数；
明确系统性工艺数据采集的核心目的；
明确现代试验设计方法的本质；
明确试验设计方法的选择范围及其特征，并按实际需求选定试验设计方法；
明确工艺系统全部试验点数量确定原则，并确定试验点数量；
明确金属增材制造工艺数据的系统性结构化采集的特点；
选定过程参量采集办法和指标数据测试方法。


4.如权利要求1所述的金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法，其特征在于，
所述步骤三中，对工艺过程进行参量采集和控制优化包括：
工艺试验实施及工艺过程数据采集；
工艺过程数值模拟及计算结果提取分析。


5.如权利要求4所述的金属增材制造工艺系统试验设计与结构化数据采集方法，其特征在于，所述工艺试验实施及工艺过程数据采集包括：
根据工艺试验设备中工装夹具、设备承载、运动能力，同时考虑试验效率、基板利用率、增材制造结构间的影响及其其他可能导致试验失控的因素，确定试验基板尺寸；
按照工艺数据采集试验方案中试验点数量，确定基板、工艺原材料、保护气体实验材料的数量，并制定采购方案、准备必要的存储条件；
按照工艺过程数据采集需求，设计安装调试相关传感或检测设备，实现检测设备、工艺设备、运动设备和控制设备顺畅通讯与协调控制，确保工艺试验参数和过程数据采集的精准度和可靠性；
按照工艺数据采集试验方案，统筹编排实验进度，并实施金属增材制造工艺试验并对工艺过程进行参量采集和优化控制；
对试验所得的金属增材制造结构和工艺过程数据，按数据采集试验方案进行准确编号，并集中存放。


6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金钊，高世一，赵运强，董春林，刘丹，任香会，李苏，辛杨桂，韩善果，张宇鹏，郑世达，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，阳江市中乌巴顿技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44