9、数字制造：增材制造、数字孪生与物联网的融合

数字制造：增材制造、数字孪生与物联网的融合

增材制造技术概述

增材制造（AM）技术为涉及复杂几何形状的晶格结构设计和制造提供了灵活性，还能通过单次打印实现多材料的集成。与传统的功能材料制造方法相比，AM 技术具有快速原型制作、低成本制造、定制化构建以及复杂几何形状制造等优势。

尽管各研究团队在软功能材料的 AM 领域已经克服了许多挑战，但仍存在一些缺点，如可打印材料有限、打印速度低以及多边使用受限等问题，这些都需要进一步研究。例如，通过选择性激光熔化（SLM）的数值模拟，可以对预测微观结构、残余应力分析、熔池行为和热传递的现有非专有方法有一个统一的认识。

纳米技术的出现，使得我们能够在超分子、分子和原子尺度上处理物质。将 AM 与纳米技术相结合，可以实现新的创新应用。纳米技术能够增强 AM 的性能，并简化制造过程，特别是在制造复杂结构时。这在农业、医学、太空和生物科学等领域都有潜在的应用。近年来，这种结合技术在众多应用中取得了许多进展。

基于数字孪生的增材制造

在众多研究中，Knapp 等人在 2017 年的研究值得一提。他们在 AM 过程中考虑了材料的冶金方面，并尝试使用数字孪生（DT）来监测这些方面。在基于激光的 AM 过程中，触发了影响构建间距、填充和强度的参数。所建立的模型是三维的，可确定温度、速度、冷却速率、凝固参数和沉积几何形状，这被称为第一代 DT 资源。

2020 年，Cai 等人展示了如何使用增强现实（AR）在 AM 系统及其 DT 之间方便地进行刀具路径和模拟通信。他们使用两个桌面 AM 机械臂开发了一个原型，并通过变换矩阵确定空间关系。案例研究结果表明，位置信息能够从物理系统布局快速检索到 DT