La produzione additiva, comunemente nota come stampa 3D, ha rivoluzionato la produzione realizzando oggetti strato per strato direttamente da modelli digitali. Questa tecnologia offre vantaggi unici come la prototipazione rapida, la personalizzazione a basso costo, la riduzione al minimo degli sprechi e la possibilità di realizzare geometrie complesse un tempo impossibili con la produzione tradizionale. Ma se abbinata alla tecnologia del gemello digitale, una controparte virtuale e in tempo reale di un sistema fisico, questa sinergia porta i flussi di lavoro di produzione a nuovi livelli.
Nella fase di progettazione, un gemello digitale consente la prototipazione virtuale, consentendo agli ingegneri di ripetere test, simulazioni di materiali e aggiustamenti topologici senza creare prototipi fisici. Questo rispecchia e migliora le tradizionali pratiche di prototipazione virtuale, risparmiando tempo e risorse e consentendo al contempo un perfezionamento del progetto ad alta fedeltà.
Durante la produzione vera e propria, i gemelli digitali si integrano con i flussi di dati basati sui sensori provenienti dalle apparecchiature AM. Monitorano in tempo reale parametri essenziali come temperatura, potenza laser, comportamento del bagno di fusione e qualità dello strato. Questo ciclo di feedback continuo consente il rilevamento precoce di anomalie, come deformazioni indotte dal calore o porosità del materiale, problemi che altrimenti potrebbero rimanere nascosti fino all'ispezione post-processo.
I moderni progressi nell'apprendimento automatico potenziano questo ciclo di feedback. La ricerca all'avanguardia dimostra framework in cui i gemelli digitali vengono impiegati Memoria a lungo termine (LSTM) Reti neurali abbinate all'ottimizzazione bayesiana per prevedere e regolare dinamicamente variabili di processo come la potenza del laser, mantenendo condizioni ideali del bagno di fusione e riducendo i difetti durante la deposizione di energia diretta tramite laser (DED). Analogamente, il controllo predittivo multi-step che utilizza surrogati di reti neurali profonde, come il Time-series Dense Encoder (TiDE), ha dimostrato di superare le prestazioni dei tradizionali controllori PID, mantenendo temperatura e profondità del bagno di fusione precise e riducendo la porosità durante la fabbricazione. I gemelli digitali consentono inoltre un ciclo di vita produttivo resiliente e intelligente. Analizzando sia le prestazioni storiche che i dati in tempo reale, questi sistemi virtuali possono suggerire, e in alcuni casi attuare autonomamente, regolazioni dei parametri per ottimizzare la qualità di costruzione, ridurre gli sprechi e mantenere la coerenza.
