来自3DPrintingIndustry的消息，亚琛工业大学在《自然》期刊上发表了一项关于数据驱动丝弧增材制造（WAAM）的重要研究，为工业4.0在增材制造领域的实施提供了具体框架。

这项研究提出了一个三层架构——工件层、装配层和产品层——以规范制造网络中的数据交互、安全性和利益相关方协作。通过数字化影射技术，团队实现了数据驱动的质量控制，并在实验中取得了焊接烟尘减排12%-40%的显著效果，突显了网络化生产对工艺质量、安全性和能源效率的提升。

WAAM工艺根据ISO/ASTM 52900:2021标准被定义为定向能量沉积（DED）方法，利用电弧熔化丝材制造近净形金属零件。尽管WAAM本质数字化，但其在互联制造中的集成仍面临挑战。

亚琛工业大学的框架针对不同层级设置了具体技术要求：工件层处理毫秒级高频数据采集，直接关联产品质量与操作安全；装配层注重部门和企业间的数据互操作性，要求明确的角色定义和受控数据访问；产品层扩展至供应链，强调数据真实性、长期可用性和隐私保护。



每个层级都需要定制化的网络安全策略。车间层面通过强化设备配置和身份验证协议降低未授权访问风险；装配环境采用内置安全通信协议如基于TLS的OPC UA和MQTT；产品层面则应用联邦学习和安全多方计算等隐私保护技术，使制造商能够在不泄露专有信息的前提下进行协作。

这些安全措施符合IEC 62443、ISO/IEC 27001和NIST SP 800-82等工业网络安全框架，确保了互联生产网络的持续安全运行。

研究的核心创新在于通过数字化影射实现质量控制，这是一种简化的过程模型，仅保留实时分析所需的关键参数。该方法利用100 kHz采样频率的传感器数据，通过多元线性回归分析实现焊接过程的自适应控制。

实验采用气体保护金属极电弧焊（GMAW），电压范围15-37伏特，电流范围190-410安培。比例-积分（PI）控制器通过机器人接口实时调整焊接参数，在保持几何精度的同时最小化烟尘产生。



该框架还与"世界实验室"（WWL）数据共享基础设施对接，允许多个WAAM系统的数字化影射集中存储和分析，通过数据多样性提升模型精度。这种连接独立制造单元到共享数据库的方法，使WAAM工艺能够从分布式学习和跨站点优化中获益。

与以往研究相比，该项目独特地将制造控制与数据基础设施及网络安全深度融合。通过将过程建模、实时控制与标准化数据安全相结合，该框架证明了质量保证与安全性如何在工业级数字生态中共存。



研究强调，互联制造中的安全维护需要持续适配，包括持续风险评估、操作员培训以及构建可快速更新安全策略的模块化基础设施。鉴于制造设备通常需要运行数十年，长期维护加密完整性的能力对保障系统韧性至关重要。

此项工作为增材制造从孤立系统向以数据为中心、安全且智能的生产环境演进提供了具体路线图。