ЦИФРОВІ ДВІЙНИКИ В АДИТИВНОМУ ВИРОБНИЦТВІ МЕТАЛЕВИХ ВИРОБІВ

Анотація

Статтю присвячено цифровим двійникам (Digital Twin, DT) у металевому адитивному виробництві, зокрема в процесах лазерного сплавлення порошкового шару (laser powder bed fusion, LPBF; також powder bed fusion, PBF) та наплавлення з підведенням енергії (directed energy deposition, DED), включно з дуговим наплавленням дротом (wire arc additive manufacturing, WAAM). Розглянуто підходи до побудови архітектур цифрових двійників за рівнями «машина–процес–деталь» із визначенням функціонального призначення кожного рівня та взаємозв’язків між ними. Проаналізовано джерела даних моніторингу в процесі виготовлення (in-situ), зокрема оптичні та інфрачервоні (ІЧ) камери, фотодіоди, акустичні та електричні сигнали, що використовуються для оцінювання стану процесу та параметрів формування виробу. Систематизовано фізично обґрунтовані моделі теплопереносу, гідродинаміки ванни розплаву, формування залишкових напружень і деформацій, а також еволюції мікроструктури в умовах пошарового виготовлення. Окремо узагальнено гібридні підходи «фізика+дані» та сурогатні моделі, які поєднують результати багатофізичного моделювання з експериментальними даними та забезпечують зменшення обчислювальних витрат і наближення розрахунків до режиму реального часу. Показано типові задачі цифрового двійника в адитивному виробництві, зокрема прогноз дефектів (пористість, неповне проплавлення/lack-of-fusion, тріщини), керування параметрами процесу, віртуальну кваліфікацію якості та зв’язування параметрів процесу з мікроструктурою і властивостями виробів. На основі аналізу публікацій запропоновано концептуальний алгоритм прогнозування дефектів у режимі, наближеному до реального часу, що передбачає використання даних моніторингу та моделей цифрового двійника з контуром зворотного зв’язку для його оновлення та, за необхідності, корекції параметрів процесу.