RU2696121C1 - Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes - Google Patents

Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes Download PDF

Info

Publication number
RU2696121C1
RU2696121C1 RU2018125837A RU2018125837A RU2696121C1 RU 2696121 C1 RU2696121 C1 RU 2696121C1 RU 2018125837 A RU2018125837 A RU 2018125837A RU 2018125837 A RU2018125837 A RU 2018125837A RU 2696121 C1 RU2696121 C1 RU 2696121C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
surfacing
welding
cnc
zone
equipment
Prior art date
Application number
RU2018125837A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Георгиевич Кабалдин
Павел Владимирович Колчин
Дмитрий Александрович Шатагин
Андрей Викторович Киселев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2018125837A priority Critical patent/RU2696121C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2696121C1 publication Critical patent/RU2696121C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method includes billet formation by electric arc surfacing in medium of protective gases from layers consisting of metal surfaced beads contacting each other, and finish machining of formed workpiece by removal of excess metal using blade tool. All motions of equipment units are coordinated by CNC system. CNC includes control program containing specified surfacing modes for formation of workpiece. Data of the three-dimensional printing process when forming the workpiece is fixed by means of a fixing equipment complex, comprising a visual control system of the deposition zone of the workpiece, which is configured to illuminate the deposition zone with ultraviolet radiation, radiation filtration, coming from welding-up zone, and obtaining image of welded-up area, system for fixing acoustic signals from formed workpiece, laser system for measuring temperature of welding bath, monitoring system of protective gas supply and its concentration in the printing zone, welding torch movement speed measurement system and surfacing speed of surfacing wire and current measurement system, value and frequency of welding pulses, which is made in form of a single system connected through analogue-to-digital converters with CNC system by means of built-in high-performance computing modules using nVidia CUDA technology or its analogues and neural network of deep training, providing feedback for optimization of modes of electric arc-welding facing in process of three-dimensional printing. Said neural network is configured to autonomously make a decision on optimization of welding surfacing and generation of commands to change parameters of equipment with numerical control.
EFFECT: invention relates to a method of making an article by three-dimensional printing of an electric arc surfaced on CNC equipment.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способу изготовления объемных деталей и конструкций.The invention relates to a method for manufacturing volumetric parts and structures.

Из уровня техники известен способ создания трехмерных объектов с использованием электродуговой наплавки в среде защитных газов, патент: EP 1354658 А2. Формирование объекта по указанному патенту происходит за счет создания слоев состоящих из соприкасающихся друг с другом наплавленных валиков металла. Каждый последующий слой формируется на поверхности предыдущего слоя, кроме первого слоя, который осаждается на подложку или часть изделия, закрепленную на столе. Перемещение сварочной горелки и / или движения стола управляются с помощью системы с числовым программным управлением (ЧПУ).The prior art method for creating three-dimensional objects using electric arc surfacing in a protective gas environment, patent: EP 1354658 A2. The formation of the object according to the specified patent is due to the creation of layers consisting of welded metal rollers in contact with each other. Each subsequent layer is formed on the surface of the previous layer, except for the first layer, which is deposited on the substrate or part of the product mounted on the table. The movement of the welding torch and / or the movement of the table are controlled by a numerical control system (CNC).

К числу недостатков известного из уровня техники изобретения следует отнести: низкую размерную точность и низкое качество шероховатости поверхности формируемых объектов, ввиду отсутствия чистовой механической обработки, а так же отсутствие модулей высокопроизводительных вычислений технологии nVidia CUDA или её аналогов и глубокого обучения нейронных сетей для контроля и анализа параметров наплавки с целью корректировки режимов в процессе наплавки для улучшения качества металлической структуры формируемого объекта.The disadvantages of the prior art invention include: low dimensional accuracy and low surface roughness of the formed objects, due to the lack of fine machining, as well as the lack of high-performance computing modules of nVidia CUDA technology or its analogues and deep training of neural networks for monitoring and analysis deposition parameters in order to adjust the modes in the deposition process to improve the quality of the metal structure of the formed object.

Так же из уровня техники известно устройство создания трехмерных объектов с использованием электродуговой наплавки, обработки резанием, лазерной обработки и др. на металлорежущем станке с ЧПУ по патенту WO 2014013247 А1. Данное устройство формирует в рабочей зоне станка заготовку посредством электродуговой наплавки, после чего выполняет чистовую механическую обработку напечатанного объекта посредством удаления излишков металла с использованием лезвийного инструмента. Все движения узлов станка согласуются и управляются с помощью системы ЧПУ.Also known from the prior art is a device for creating three-dimensional objects using electric arc surfacing, cutting processing, laser processing and others on a CNC metal cutting machine according to patent WO 2014013247 A1. This device forms a workpiece in the working area of the machine by means of electric arc surfacing, and then performs machining of the printed object by removing excess metal using a blade tool. All movements of the machine nodes are coordinated and controlled using the CNC system.

К числу недостатков известного из уровня техники изобретения следует отнести: отсутствие у устройства систем диагностики и корректировки режимов при процессе формирования и дальнейшей обработки объекта в частности отсутствует аппаратное и программное обеспечение для выполнения этих функций. Так же устройство не включает в себя модули высокопроизводительных вычислений технологии nVidia CUDA или её аналогов и глубокого обучения нейронных сетей для анализа данных с целью поиска оптимального режима работы.Among the disadvantages of the prior art invention are the following: the device’s lack of diagnostic and adjustment systems during the formation and further processing of the object, in particular, there is no hardware and software to perform these functions. Also, the device does not include high-performance computing modules of nVidia CUDA technology or its analogues and deep training of neural networks for data analysis in order to find the optimal operating mode.

При этом из уровня техники известны способы диагностики сварных соединений и наплавленных объектов:Moreover, methods of diagnosing welded joints and weld objects are known from the prior art:

По патенту RU2312745C2 описан способ «текущего контроля зоны сварки изделия в процессе сварки, при осуществлении которого зону сварки освещают ультрафиолетовым излучением с получением изображения зоны сварки, при этом излучение, исходящее от зоны сварки в направлении устройства для получения изображения, подвергают фильтрации, отличающийся тем, что для фильтрации используют полосовой фильтр, пропускающий излучение вблизи определенной длины волны, лежащей в ультрафиолетовом диапазоне длин волн». При этом изображения сварочной ванны, полученные во время наплавки, обрабатываются и анализируются и сравниваются с эталонными изображениями. На основании полученной информации принимается решение по регулировке одного или нескольких параметров. According to patent RU2312745C2, a method is described for “monitoring the welding zone of a product during a welding process, during which the welding zone is illuminated with ultraviolet radiation to obtain an image of the welding zone, while the radiation emanating from the welding zone in the direction of the image acquisition apparatus is filtered, characterized in that that they use a band-pass filter for filtering, which transmits radiation near a certain wavelength lying in the ultraviolet wavelength range. " The images of the weld pool obtained during surfacing are processed and analyzed and compared with reference images. Based on the information received, a decision is made to adjust one or more parameters.

К числу недостатков известного из уровня техники изобретения следует отнести: не ясность механизма регулировки режимов наплавки, а именно посредством чего происходит регулировка режимов. Так же способ не включает в себя модули высокопроизводительных вычислений технологии nVidia CUDA или её аналогов и глубокого обучения нейронных сетей для анализа изображения с целью поиска оптимального режима работы.Among the disadvantages of the known from the prior art invention should be attributed to: the clarity of the mechanism for adjusting surfacing modes, namely, by means of which the adjustment of modes occurs. Also, the method does not include high-performance computing modules of nVidia CUDA technology or its analogues and deep training of neural networks for image analysis in order to find the optimal operating mode.

Помимо описанного выше способа известен способ обнаружения в процессе сварки дефектов в сварных швах и определения их местоположения по акустическим сигналам по патенту RU2424510C2. Способ включает в себя: «прием возникающих в зоне сварки и остывания акустических сигналов размещенными на свариваемой конструкции вдоль сварного шва широкополосными акустическими преобразователями, их фильтрацию по величине заданной пиковой амплитуды, аналого-цифровое преобразование, регистрацию времен прихода сигналов акустической эмиссии на акустические преобразователи, вычисление координат источников акустических сигналов, по результатам акустико-эмиссионного контроля строят картину локализации в зоне сварки и остывания, после анализа которой судят о качестве сварного шва и о степени опасности обнаруженных в нем дефектов».In addition to the method described above, a method is known for detecting defects in welds during welding and determining their location from acoustic signals according to patent RU2424510C2. The method includes: “receiving acoustic signals arising in the welding and cooling zone placed on the welded structure along the weld by broadband acoustic transducers, filtering them according to the value of the specified peak amplitude, analog-to-digital conversion, recording the times of arrival of acoustic emission signals to acoustic transducers, calculating the coordinates of the sources of acoustic signals, according to the results of acoustic emission control, they build a picture of localization in the zone of welding and cooling, according to le analysis which judging the quality of the weld and of the degree of danger of defects found in it. "

К числу недостатков известного из уровня техники изобретения следует отнести: не способность предложенной системы вносить изменения в режимы сварки или наплавки в процессе выполнения операции по сварке или наплавке. Так же способ не включает в себя модули высокопроизводительных вычислений технологии nVidia CUDA или её аналогов и глубокого обучения нейронных сетей для анализа данных акустической эмиссии с целью поиска оптимального режима работы.The disadvantages of the prior art invention include: the inability of the proposed system to make changes to the modes of welding or surfacing in the process of performing operations on welding or surfacing. Also, the method does not include high-performance computing modules of nVidia CUDA technology or its analogues and deep training of neural networks for analyzing acoustic emission data in order to find the optimal operating mode.

Из уровня техники известен способ автоматического регулирования глубины проплавления при автоматической дуговой сварке по патенту RU 2613255 C1. В котором описан способ, где задаются эталонные значения параметра сварки из группы, включающей ток сварки, скорость сварки и напряжение сварки, вычисление расчетного значения температуры заданной точки поверхности изделия и измерение в процессе сварки температуры заданной точки поверхности изделия, после чего вычисляется разность между текущими и заданными параметрами на основе которых ведут регулирование процесса по полученным разностям. The prior art method for automatically controlling the depth of penetration in automatic arc welding according to patent RU 2613255 C1. In which a method is described where reference values of the welding parameter from the group of welding current, welding speed and welding voltage are set, calculation of the calculated temperature value of a given point on the surface of the product and measurement of the temperature of a given point on the surface of the product during welding, after which the difference between the current and given parameters on the basis of which the process is regulated by the differences obtained.

К числу недостатков известного из уровня техники изобретения следует отнести то, что способ не включает в себя другие факторы способные влиять на процесс наплавки такие как: воздействие атмосферы или защитного газа на зону наплавки, расстояние сварочной горелки от сварочной ванны. Так же способ не включает в себя модули высокопроизводительных вычислений технологии nVidia CUDA или её аналогов и глубокого обучения нейронных сетей для анализа данных с целью поиска оптимального режима работы.The disadvantages of the prior art invention include the fact that the method does not include other factors capable of influencing the surfacing process such as: the effect of the atmosphere or protective gas on the surfacing zone, the distance of the welding torch from the weld pool. Also, the method does not include high-performance computing modules of nVidia CUDA technology or its analogues and deep training of neural networks for data analysis in order to find the optimal operating mode.

Задачей изобретения является повышение качества металлической структуры изделий из металлов, напечатанных по технологии электродуговой наплавки в среде защитных газов, а так же совершенствование системы управления 3D печатью и оптимизация режимов. The objective of the invention is to improve the quality of the metal structure of metal products printed according to the technology of electric arc surfacing in a protective gas environment, as well as improving the control system for 3D printing and optimization of modes.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении технологических возможностей способа 3D печати электродуговой наплавкой на оборудовании с ЧПУ. The technical result of the invention is to expand the technological capabilities of the method of 3D printing by electric arc surfacing on CNC equipment.

Технический результат достигается тем, что в оборудование с ЧПУ реализующее способ 3D печати электродуговой наплавкой встраивается система состоящая из комплекса датчиков и другой фиксирующей аппаратуры: это система визуального контроля зоны наплавки изделия в процессе формирования объекта, при осуществлении которого зону наплавки освещают ультрафиолетовым излучением с получением изображения зоны наплавки, при этом излучение, исходящее от зоны наплавки в направлении устройства для получения изображения, подвергают фильтрации; система фиксации акустических сигналов в процессе наплавки; лазерная система измерения температуры сварочной ванны; система измерения используемого в процессе дуговой сварки защитного газа; система собирающая данные о самом оборудовании с ЧПУ, в частности о скорости перемещения сварочной горелки, скорости перемотки проволоки; система собирающая данные о токе, величине и частоте сварочных импульсов. Вся перечисленная фиксирующая аппаратура объединена в единую систему, которая через аналого-цифровые преобразователи связна с модулями высокопроизводительных вычислений технологии nVidia CUDA или её аналогов и глубокого обучения нейронных сетей c обеспечением обратной связи для оптимизации режимов электродуговой наплавки в процессе 3D печати. В свою очередь описанная система связана с системой ЧПУ оборудования.The technical result is achieved by integrating a system consisting of a set of sensors and other fixing equipment into the CNC equipment that implements 3D printing method for electric arc surfacing: this is a system of visual control of the surfacing zone of the product during the formation of the object, during which the surfacing zone is illuminated with ultraviolet radiation to obtain an image deposition zone, the radiation emanating from the deposition zone in the direction of the image acquisition apparatus is filtered; system for fixing acoustic signals during surfacing; laser system for measuring the temperature of the weld pool; measuring system used in the process of arc welding of shielding gas; a system that collects data about the CNC equipment itself, in particular, the speed of movement of the welding torch, the speed of rewinding of the wire; A system that collects data on the current, magnitude and frequency of welding pulses. All of the above fixing equipment is combined into a single system, which, through analog-to-digital converters, is connected to the high-performance computing modules of nVidia CUDA technology or its analogs and deep training of neural networks with providing feedback for optimizing the electric arc surfacing during 3D printing. In turn, the described system is associated with a CNC system of equipment.

Данная система позволяет комплексно оптимизировать режимы наплавки в процессе 3D печати на оборудовании с ЧПУ, принципиальная схема её функционирования представлена на фиг. 1.  This system allows you to comprehensively optimize surfacing during 3D printing on CNC equipment, a schematic diagram of its operation is presented in FIG. one.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: Механические части оборудования с ЧПУ подводят печатающую головку – 1 на требуемое расстояние от подложки – 2, при команде начала печати, которая поступает от системы ЧПУ – 3 оборудования через печатающую головку в зону наплавки начинают поступать проволока – 4 и защитный газ – 5, так же включается генератор сварочных импульсов – 6, который разжигает электрическую дугу между подложкой и проволокой, посредством которой проволока плавится и формирует изделие – 7 на подложке. При этом на протяжении всего процесса формирования объекта функционирует система оптимизации режимов 3D печати, которая работает следующим образом: видеодатчик – 8 собирает информацию о расстоянии между формируемым слоем и торцем сварочной горелки, данные о ширине и длине сварочной ванны; датчик АЭ – 9 регистрирует сигналы как при печатании детали, так и при ее остывании; система измерения температуры – 10, за счет обработки лазерного излучения подаваемого в сварочную ванну, регистрирует температуру наплавки; датчик подачи защитного газа – 11 собирает данные о поступлении защитного газа в зону печати и его концентрации; датчики скорости – 12 передают данные о скорости подачи проволоки и скорости перемещения печатающей головки вдоль формируемого слоя; датчик контроля наличия проволоки – 13 передает данные о наличии проволоки в зоне наплавки и оставшемся её количестве; датчик контроля тока и напряжения – 14 собирает данные о величине сварочного тока и напряжения, величине и продолжительности сварочных импульсов.The proposed method is implemented as follows: The mechanical parts of the CNC equipment bring the print head - 1 to the required distance from the substrate - 2, with the print start command that comes from the CNC system - 3 equipment, the wire - 4 and protective wire begin to flow through the print head into the surfacing zone gas - 5, the welding pulse generator - 6 also turns on, which ignites the electric arc between the substrate and the wire, through which the wire melts and forms the product - 7 on the substrate. At the same time, throughout the entire process of object formation, a system for optimizing 3D printing modes operates, which works as follows: video sensor - 8 collects information about the distance between the layer being formed and the end of the welding torch, data on the width and length of the weld pool; AE-9 sensor registers signals both when printing a part and when it cools; temperature measurement system - 10, by processing the laser radiation supplied to the weld pool, registers the temperature of surfacing; shielding gas supply sensor - 11 collects data on the supply of shielding gas to the print zone and its concentration; speed sensors - 12 transmit data on the wire feed speed and the speed of movement of the print head along the formed layer; wire presence monitoring sensor - 13 transmits data on the presence of wire in the surfacing zone and its remaining quantity; current and voltage monitoring sensor - 14 collects data on the magnitude of the welding current and voltage, the magnitude and duration of the welding pulses.

Все сигналы с датчиков проходят через аналогово-цифровые преобразователи – 15, где преобразуются в цифровой сигнал и передаются в нейромодуль – 16. В нейромодуле с помощью управляющего микроконтроллера – 17 и нейроморфного процессора – 18 проходит обработка всей полученной информации и вычисления с целью принятия решения для оптимизации процесса 3D печати и передачи команд на исполнительные органы через систему ЧПУ – 3 оборудования. Все данные поступают на хранение в облако – 19 или отдельное серверное хранилище – 20. Входными параметрами для системы являются следующие данные:All signals from the sensors pass through analog-to-digital converters - 15, where they are converted into a digital signal and transmitted to the neuromodule - 16. In the neuromodule, using the control microcontroller - 17 and the neuromorphic processor - 18, it processes all the information received and calculates to make a decision for optimization of the 3D printing process and transmission of commands to the executive bodies through the CNC system - 3 equipment. All data is stored in the cloud - 19 or a separate server storage - 20. The following data are input parameters for the system:

- расстояние между формируемым слоем и торцем печатающей головки;- the distance between the formed layer and the end of the print head;

- данные о ширине и длине сварочной ванны;- data on the width and length of the weld pool;

- данные о величине и продолжительности сварочных импульсов;- data on the magnitude and duration of the welding pulses;

- данные о поступлении защитного газа в зону печати;- data on the flow of protective gas into the print zone;

- текущее положение печатающей головки по оси Z;- the current position of the print head along the Z axis;

- данные о наличии проволоки и оставшемся её количестве;- data on the presence of wire and its remaining quantity;

- информация о текущей скорости перемещения печатающей головки;- information about the current speed of movement of the print head;

- информация о текущей скорости подачи проволоки;- information about the current wire feed speed;

- данные о температуре в зоне наплавки;- data on the temperature in the surfacing zone;

- акустические сигналы процесса наплавки- acoustic signals of the surfacing process

На основании указанных данных самообучающаяся нейронная сеть может принимать решение о корректировке режимов наплавки автономно без участия человека отдавать команды на изменение параметров следующим исполнительным органам:Based on these data, a self-learning neural network can decide on the adjustment of surfacing modes autonomously without human intervention to issue commands to change the parameters to the following executive bodies:

- генератор импульсов сварочного тока;- pulse generator of welding current;

- механизм подачи проволоки;- wire feed mechanism;

- механические части оборудования с ЧПУ, отвечающие за положение сварочной горелки по оси Z;- mechanical parts of CNC equipment responsible for the position of the welding torch along the Z axis;

- механические части оборудования с ЧПУ отвечающие за скорость перемещения;- mechanical parts of CNC equipment responsible for the speed of movement;

- электрическая схема оборудования с ЧПУ отвечающая за включение и регулировку величины сварочного тока и напряжения, подачу проволоки и защитного газа.- An electric circuit of CNC equipment responsible for switching on and adjusting the magnitude of the welding current and voltage, the supply of wire and protective gas.

Все исполнительные органы оборудования напрямую связаны с системой ЧПУ станка (сетевое взаимодействие). Исходя из полученных данных, нейромодуль может отдавать команды системе ЧПУ на подъем или опускание печатающей головки к зоне наплавки, увеличение или уменьшение скорости подачи проволоки и скорости перемещения печатающей головки вдоль формируемого слоя, корректировать величину и частоту сварочных импульсов и величину тока и напряжения, изменять объем и концентрацию подаваемого защитного газа, тем самым добиваясь оптимальных режимов 3D печати со стабильными размерами формируемой заготовки и структуры металла. При этом если в оборудовании не будет хватать расходных компонентов и энергии для качественной печати, то система на основании датчиков отдаст команду на остановку печати с выдачей сообщения о требовании добавить в оборудование недостающий компонент.All the executive bodies of the equipment are directly connected to the CNC system of the machine (network interaction). Based on the obtained data, the neuromodule can instruct the CNC system to raise or lower the print head to the surfacing zone, increase or decrease the wire feed speed and the speed of movement of the print head along the layer being formed, adjust the magnitude and frequency of welding pulses and the magnitude of current and voltage, change the volume and the concentration of the supplied protective gas, thereby achieving optimal 3D printing modes with stable dimensions of the formed workpiece and metal structure. Moreover, if the equipment does not have enough consumables and energy for high-quality printing, then the system, based on the sensors, will give a command to stop printing with a message indicating that it is necessary to add the missing component to the equipment.

Основной нейромодуль 16 представляет собой связку управляющего микроконтроллера 17 и нейроморфного процессора 18 и обеспечивает формирование задающего воздействия для системы управления оборудованием с ЧПУ. На входной слой нейроморфного процессора поступает оцифрованный сигнал с комплекса датчиков и другой фиксирующей аппаратуры описанной выше, в частности текущее значение фрактальной размерности сигнала АЭ. На основе входных данных нейроморфного процессора формирует определенное состояние выходных нейронов, которые определяют вектор состояния для задающего воздействия. Т.к. нейроморфный процессор встроен в контур обратной связи с оборудованием с ЧПУ, то у системы появляется возможность самоадаптации к оптимальным режимам печати. Одним из критериев оптимальности берется значение фрактальной размерности аттартктора сигнала АЭ. В процессе работы все сигналы с датчика АЭ оцифровываются и отправляются в облако на хранение и последующие переобучение нейронной сети. Тем самым подобные системы могут накапливать опыт и обмениваться им между аналогичными системами. В состав также входит дополнительный нейрочип – 21, обученный для выявления типовых дефектов наплавки. Для повышения точности определения фрактальной размерности DF аттрактора сигнала АЭ, используются специальные wavelet фильтры, позволяющие убрать шумовую составляющую на основе декомпозиции сигнала на разных уровнях, на полезную и вредную составляющую.The main neuromodule 16 is a bunch of a control microcontroller 17 and a neuromorphic processor 18 and provides the formation of a setpoint for the control system of CNC equipment. The input layer of a neuromorphic processor receives a digitized signal from a complex of sensors and other fixing equipment described above, in particular, the current value of the fractal dimension of the AE signal. Based on the input data of the neuromorphic processor, it forms a certain state of the output neurons, which determine the state vector for the setting action. Because Since a neuromorphic processor is built into the feedback loop with CNC equipment, the system has the opportunity to adapt to optimal printing modes. One of the optimality criteria is the value of the fractal dimension of the attartor of the AE signal. During operation, all signals from the AE sensor are digitized and sent to the cloud for storage and subsequent retraining of the neural network. Thus, such systems can accumulate experience and exchange it between similar systems. The composition also includes an additional neurochip - 21, trained to identify typical defects in surfacing. To increase the accuracy of determining the fractal dimension DF of the AE signal attractor, special wavelet filters are used to remove the noise component based on the decomposition of the signal at different levels into a useful and harmful component.

На фиг. 2 приведены аттракторы сигналов АЭ при различных режимах наплавки, т.е. при оптимальном (устойчивом) (фиг. 2а) и неустойчивом процессе наплавки (фиг. 2б). Данные аттракторы были получены при наплавке сталью 08Г2С в среде защитных газов. При обучении нейронной сети был проведен ряд пробных наплавок на различных режимах и в разных условиях, которые приведены в таблице 1.In FIG. Figure 2 shows the attractors of AE signals for various surfacing modes, i.e. with optimal (stable) (Fig. 2A) and unstable surfacing process (Fig. 2b). These attractors were obtained by surfacing with 08G2S steel in a protective gas environment. When training the neural network, a series of test surfacing was carried out in various modes and under different conditions, which are shown in table 1.

Таблица 1 Table 1

No. Ток, АCurrent, A Напряжение, ВVoltage Зазор горелка –подложка, ммClearance burner - substrate, mm 1one 161161 2121 11eleven 22 152152 2222 11eleven 33 158158 2424 11eleven 4four 160160 2424 11eleven 5five 160160 2424 11eleven 66 120120 2020 11eleven 77 7272 19nineteen 11eleven 8eight 102102 2424 2020 99 2020 3535 2020 10ten 180180 2020 5five 11eleven 30thirty 3434 5five

При этом при выставлении любого начального режима система в дальнейшем самостоятельно подбирала оптимальный режим наплавки исходя из текущих условий. Посредством обратной связи воздействуя на исполнительные органы перечисленные выше. В частности на прмере наплавки стали 08Г2С система после обучения самостоятельно нашла оптимальный режим, им стал режим с параметрами: 161А, 21В, зазор 11 мм (см. таблицу 1).At the same time, when setting any initial mode, the system subsequently independently selected the optimal surfacing mode based on current conditions. Through feedback, acting on the executive bodies listed above. In particular, on an example of 08G2S steel surfacing, after training, the system independently found the optimal mode, it became a mode with parameters: 161A, 21B, a gap of 11 mm (see table 1).

Таким образом, расширены технологические возможности способа 3D печати электродуговой наплавкой на оборудовании с ЧПУ, реализован процесс определения и назначения оптимальных режимов 3D печати для получения наилучшего качества напечатанных заготовок и минимизации производственного брака.Thus, the technological capabilities of the 3D printing method by electric arc welding on CNC equipment have been expanded, the process of determining and assigning optimal 3D printing modes to obtain the best quality of printed blanks and minimize production defects has been implemented.

Claims (1)

Способ изготовления изделия путем трехмерной печати электродуговой наплавкой на оборудовании с ЧПУ, включающий формирование заготовки электродуговой наплавкой в среде защитных газов из слоев, состоящих из соприкасающихся друг с другом наплавленных валиков металла, и выполнение чистовой механической обработки сформированной заготовки путем удаления излишков металла с использованием лезвийного инструмента, при этом всеми движениями узлов оборудования согласованно управляют посредством системы ЧПУ, включающей управляющую программу, содержащую заданные режимы наплавки для формирования заготовки, отличающийся тем, что данные процесса трехмерной печати при формировании заготовки фиксируют с помощью комплекса фиксирующей аппаратуры, содержащего систему визуального контроля зоны наплавки заготовки, выполненную с возможностью освещения зоны наплавки ультрафиолетовым излучением, фильтрации излучения, исходящего от зоны наплавки, и получения изображения зоны наплавки, систему фиксации акустических сигналов от формируемой заготовки, лазерную систему измерения температуры сварочной ванны, систему контроля подачи защитного газа и его концентрации в зоне печати, систему измерения скорости перемещения сварочной горелки и скорости перемотки наплавочной проволоки и систему измерения тока, величины и частоты сварочных импульсов, который выполнен в виде единой системы, связанной через аналого-цифровые преобразователи с системой ЧПУ посредством встроенных модулей высокопроизводительных вычислений по технологии nVidia CUDA или её аналогов и нейронной сети глубокого обучения, обеспечивающих обратную связь для оптимизации режимов электродуговой наплавки в процессе трехмерной печати, причем упомянутую нейронную сеть выполняют с возможностью автономного принятия решения об оптимизации режимов наплавки и формирования команд на изменение параметров оборудования с ЧПУ.A method of manufacturing an article by three-dimensional printing by electric arc welding on CNC equipment, comprising forming an electric arc surfacing blank in a shielding gas medium from layers consisting of welded metal rollers in contact with each other, and performing machining of the formed blank by removing excess metal using a blade tool , while all the movements of the equipment nodes are coordinated by means of the CNC system, including the control program comprising specified deposition modes for forming a preform, characterized in that the data of the three-dimensional printing process during the formation of the preform is recorded using a set of fixing equipment containing a visual control system for the surfacing zone of the workpiece, configured to illuminate the surfacing zone with ultraviolet radiation, filtering radiation emanating from the zone deposition, and obtaining images of the deposition zone, a system for fixing acoustic signals from the workpiece being formed, a laser system for measuring weld pool temperature, a control system for the supply of shielding gas and its concentration in the print zone, a system for measuring the speed of movement of the welding torch and the speed of rewinding of the welding wire and a system for measuring current, magnitude and frequency of welding pulses, which is made in the form of a single system connected via analog-digital converters with a CNC system through built-in high-performance computing modules using nVidia CUDA technology or its analogues and a deep learning neural network providing feedback to optimize the modes of electric arc surfacing in the process of three-dimensional printing, and the aforementioned neural network is performed with the possibility of an autonomous decision on the optimization of surfacing modes and the formation of commands for changing the parameters of CNC equipment.
RU2018125837A 2018-07-13 2018-07-13 Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes RU2696121C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125837A RU2696121C1 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125837A RU2696121C1 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696121C1 true RU2696121C1 (en) 2019-07-31

Family

ID=67586654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018125837A RU2696121C1 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696121C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750994C1 (en) * 2020-06-02 2021-07-07 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for controlling surfacing process
WO2021139914A1 (en) * 2020-01-09 2021-07-15 Precitec Gmbh & Co. Kg Monitoring of a laser machining process using a neuromorphic image sensor
RU2807114C1 (en) * 2023-03-13 2023-11-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Modular system for 3d printing of layered composite metals for cnc machines with function of quick change and non-adjustment of deposited material

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998034751A1 (en) * 1997-02-06 1998-08-13 Fronius Schweissmaschinen Kg. Austria Welding system and method of determining the welding parameters for a welding current source
RU2312745C2 (en) * 2002-04-05 2007-12-20 Вольво Аэро Корпорейшн Method and apparatus for inspecting welding zone, system and method for controlling welding process
RU2337822C1 (en) * 2005-04-06 2008-11-10 Эос Гмбх Электро Оптикал Системз Method and device for making three-dimensional object
RU79824U1 (en) * 2008-10-13 2009-01-20 Алексей Владимирович Сурков CONTROL SYSTEM OF BASIC WELDING AND SURFACE PARAMETERS
JP2010131629A (en) * 2008-12-04 2010-06-17 Toshiba Corp Apparatus and method of monitoring deformation of weld structure
RU2424510C2 (en) * 2009-07-14 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщений" (СГУПС) Procedure for detection of defects in weld seams and their location by acoustic signals and device for its implementation
US20130328227A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Solidscape, Inc. Imaging monitoring method and apparatus for fabricating three dimensional models
WO2014013247A2 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Exscintilla Limited A machine tool
US20160184893A1 (en) * 2014-08-22 2016-06-30 Sigma Labs, Inc. Method and system for monitoring additive manufacturing processes
RU2595072C2 (en) * 2014-02-14 2016-08-20 Юрий Александрович Чивель Method of controlling process of selective laser sintering of 3d articles from powders and device therefor
CN106570592A (en) * 2016-11-08 2017-04-19 深圳市昆特科技有限公司 Artificial-neural-network-based intelligent numerical value forecasting correction system
CN106881462A (en) * 2017-01-23 2017-06-23 华中科技大学 A kind of on-line checking for selective laser fusing forming defects and optimization system
CN107718564A (en) * 2017-10-13 2018-02-23 北京恒创增材制造技术研究院有限公司 A kind of FDM three-dimensional printers intelligence control system and method

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998034751A1 (en) * 1997-02-06 1998-08-13 Fronius Schweissmaschinen Kg. Austria Welding system and method of determining the welding parameters for a welding current source
RU2312745C2 (en) * 2002-04-05 2007-12-20 Вольво Аэро Корпорейшн Method and apparatus for inspecting welding zone, system and method for controlling welding process
RU2337822C1 (en) * 2005-04-06 2008-11-10 Эос Гмбх Электро Оптикал Системз Method and device for making three-dimensional object
RU79824U1 (en) * 2008-10-13 2009-01-20 Алексей Владимирович Сурков CONTROL SYSTEM OF BASIC WELDING AND SURFACE PARAMETERS
JP2010131629A (en) * 2008-12-04 2010-06-17 Toshiba Corp Apparatus and method of monitoring deformation of weld structure
RU2424510C2 (en) * 2009-07-14 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщений" (СГУПС) Procedure for detection of defects in weld seams and their location by acoustic signals and device for its implementation
US20130328227A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Solidscape, Inc. Imaging monitoring method and apparatus for fabricating three dimensional models
WO2014013247A2 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Exscintilla Limited A machine tool
RU2595072C2 (en) * 2014-02-14 2016-08-20 Юрий Александрович Чивель Method of controlling process of selective laser sintering of 3d articles from powders and device therefor
US20160184893A1 (en) * 2014-08-22 2016-06-30 Sigma Labs, Inc. Method and system for monitoring additive manufacturing processes
CN106570592A (en) * 2016-11-08 2017-04-19 深圳市昆特科技有限公司 Artificial-neural-network-based intelligent numerical value forecasting correction system
CN106881462A (en) * 2017-01-23 2017-06-23 华中科技大学 A kind of on-line checking for selective laser fusing forming defects and optimization system
CN107718564A (en) * 2017-10-13 2018-02-23 北京恒创增材制造技术研究院有限公司 A kind of FDM three-dimensional printers intelligence control system and method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021139914A1 (en) * 2020-01-09 2021-07-15 Precitec Gmbh & Co. Kg Monitoring of a laser machining process using a neuromorphic image sensor
RU2750994C1 (en) * 2020-06-02 2021-07-07 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for controlling surfacing process
RU2807114C1 (en) * 2023-03-13 2023-11-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Modular system for 3d printing of layered composite metals for cnc machines with function of quick change and non-adjustment of deposited material
RU2807572C1 (en) * 2023-04-03 2023-11-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" Method for additive manufacturing of metal products with automatic adjustment of layer-by-layer electric arc surfacing modes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11691215B2 (en) Apparatus and method for additive manufacturing
CN108489986B (en) Additive manufacturing online detection and repair method
JP6795567B2 (en) Machining condition setting device and 3D laser machining system
DE102018105587B4 (en) Scanner control, robot control and remote laser welding robot system
RU2696121C1 (en) Method for 3d printing on cnc equipment with intelligent optimization of modes
JP2005509523A (en) Method and system for real-time monitoring and control of cladding layer height using image capture and image processing in laser cladding and direct metal molding technology
CN111060026B (en) Method for detecting cladding quality based on laser displacement sensor coaxial powder feeding equipment
WO2017207711A1 (en) Method and device for the additive manufacture of components
Ertveldt et al. MiCLAD as a platform for real-time monitoring and machine learning in laser metal deposition
CN110196231B (en) Laser ultrasonic off-line detection device and method for additive part
KR100419369B1 (en) Real-time Monitoring and Controlling Method of a Height of Deposit in Laser Cladding and Laser-aided Direct Metal Manufacturing by using Image Photographing and Image Processing and System thereof
Vandone et al. Vision-based melt pool monitoring system setup for additive manufacturing
CN112439971B (en) Continuous electric arc additive manufacturing method and device of self-adaptive non-flat surface
Reisgen et al. Study on workpiece and welding torch height control for polydirectional WAAM by means of image processing
CN108788467A (en) A kind of Intelligent Laser welding system towards aerospace structural component
CN211990928U (en) Electric arc additive manufacturing printing device with high automatic following function
Chabot et al. Novel control model of Contact-Tip-to-Work Distance (CTWD) for sound monitoring of arc-based DED processes based on spectral analysis
CN116883338A (en) Additive manufacturing software quality control method based on sensor fusion and artificial intelligence
WO2020110022A1 (en) A device for removing flaws in situ during the additive printing of metal parts
RU2718823C1 (en) Method for production of topologically optimized water-jet propellers impeller by direct laser growth method
JP7241171B6 (en) Method and apparatus for monitoring workpiece machining processes using a laser beam
CN107544428A (en) A kind of closed-loop Digit Control Machine Tool processing method of view-based access control model
Bestard Online Measurements in Welding Processes
RU2018139891A (en) METHOD FOR OPERATIONAL DIAGNOSTICS OF MODULES OF METAL-PROCESSING MACHINES
Ding Design of integrated neural network model for weld seam tracking and penetration monitoring

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200714