Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева получил евразийский патент №050181 на изобретение «Способ изготовления изделия путем трехмерной печати электродуговой наплавкой с интеллектуальной диагностикой динамической устойчивости процесса» (описание к патенту). Инновационная разработка группы российских ученых под руководством Дмитрия Шатагина может значительно повысить качество и надежность изделий, создаваемых методом 3D-печати металлом.
Технология представляет собой интеллектуальную систему мониторинга и прогнозирования, которая работает параллельно с процессом 3D-печати металлических изделий методом электродуговой наплавки. В отличие от существующих методов контроля, новая система способна в режиме реального времени не только оценивать текущее состояние процесса печати, но и прогнозировать его стабильность на долю секунды вперед.
Ключевая особенность разработки — использование искусственного интеллекта для анализа комплексных данных, собираемых во время печати. Система одновременно регистрирует изменения силы тока, напряжения электрической дуги и акустических сигналов, возникающих в процессе печати. На основе этих данных создается комплексный «энерго-акустический сигнал», который затем анализируется с помощью методов нелинейной динамики и машинного обучения.
Во время 3D-печати металлического изделия система в реальном времени собирает данные с различных датчиков. Специальная рекуррентная нейронная сеть (типа BiLSTM) анализирует эти данные и классифицирует состояние процесса как «устойчивое» или «неустойчивое».
Ключевым показателем устойчивости служит фрактальная размерность энерго-акустического портрета системы. Когда этот показатель превышает пороговое значение 2,5, система определяет процесс как потенциально неустойчивый, что может привести к дефектам в готовом изделии.
Обученная на экспериментальных данных нейронная сеть способна прогнозировать поведение системы на 0,1 секунды вперед с точностью 91%. Это позволяет заблаговременно выявлять потенциальные проблемы и корректировать параметры печати до появления дефектов.
«Наша разработка решает одну из ключевых проблем аддитивного производства — непредсказуемость процесса и сложность контроля качества в реальном времени», — отмечают разработчики. Технология позволяет предотвратить образование таких распространенных дефектов как поры, включения шлака и непроплавления, которые значительно снижают прочность и надежность готовых изделий.
Патент действует на территории восьми государств-участников Евразийской патентной конвенции, включая Российскую Федерацию, Республику Беларусь, Республику Казахстан и другие страны.
Данная технология может найти применение не только в аддитивном производстве, но и в других областях формообразования металлов и сплавов, где требуется высокая точность и надежность процесса.
Разработчики системы — коллектив ученых НГТУ им Р.Е. Алексеева: Дмитрий Александрович Шатагин, Сергей Александрович Манцеров, Максим Сергеевич Аносов и Наталья Сергеевна Клочкова.
