金属激光粉末床熔融工艺参数智能优化
虚拟仿真实验
以 IN718 镍基高温合金为对象，把增材制造工艺参数开发的完整流程转化为学生可亲手完成的 24 步实验。
点击播放后才加载视频，均配中文字幕；视频中的进入方式以本页“专家进入实验”“学生进入实验”为准。
项目封面与简介
封面与两段视频均为公开材料，不含个人联系方式。特色与依据 →
激光粉末床熔融是金属增材制造的主流工艺。新材料或新设备投产前，必须先找到“既无缺陷、成形效率又高”的工艺参数；真实试制占用昂贵机时、消耗高温合金粉末，试样不能撤回重做，熔池过程又无法直接观察。本实验以 IN718 镍基高温合金为对象，把这一完整流程转化为学生可亲手完成的 24 步实验：用 NIST 公开实测数据校准物理模型，用公开判据圈定工艺窗口，在有限试制预算内借助高斯过程代理模型与贝叶斯优化寻优，再检验稳健性并作出决策。
教学与 24 步 →
从一个熔池到一组工艺参数
实验以 IN718 镍基高温合金为对象，按“认识—建模—校准—判据—寻优—检验—决策”递进。24 步详解 →
当前浏览器不支持三维显示，请参看右侧说明。
一条完整的工艺开发链
模型上的四个编号对应实验的主要阶段。
- 1
熔池建模
运行 Rosenthal 点热源与 Eagar–Tsai 高斯热源两种解析模型，读出熔池长、宽、深，在温度场上标出液相线与熔池边界。
第 5—7 步 - 2
实测校准与工艺窗口
用 NIST 公开的单道熔池实测数据校准激光吸收率 η，在验证集上定位模型失效区；设定未熔合、球化、匙孔判据，生成功率—速度工艺窗口图。
第 8—14 步 - 3
虚拟试制与智能寻优
在固定试制预算内先人工迭代，再训练高斯过程代理模型、按贝叶斯优化推荐点试制，同等预算下比较两种寻优方式的效率。
第 15—20 步 - 4
稳健性检验与决策
施加功率和吸收率波动检验推荐参数的稳健性，做敏感性试验，提交实验报告和推荐工艺参数。
第 21—24 步
为什么用虚拟仿真
激光粉末床熔融（LPBF）是金属增材制造的主流工艺，用于航空发动机与燃气轮机热端部件、医疗植入物、模具随形冷却等高价值零件。真实产业场景 →
真实工艺开发无法在课内反复试错
一种新材料或新设备投产前，必须先找到“既无缺陷、成形效率又高”的工艺参数：在金属打印机上打印单道和块体试样，再经线切割、镶嵌、抛光、腐蚀和金相测量得到熔池尺寸与致密度。参数空间涉及功率、扫描速度、光斑、层厚和扫描间距；高功率光纤激光与可燃金属粉末对操作安全要求很高，学生在本科实验课中通常只能参观，接触不到参数开发全过程。
熔池内部的物理过程无法直接观察
未熔合、球化和匙孔三类缺陷在毫秒级、百微米尺度内形成，只能事后切片推断。学生难以建立“参数→熔池→缺陷→致密度”的因果链，也就难以理解为何“体积能量密度相同”不能保证质量相同。
对应申报书：1 基本情况“虚拟仿真必要性”；3-1 一（一）（二）。
人工智能分三层
人工智能是实验内容，不是附加的聊天窗口。AI 给出预测与建议，学生核验后自行决定。AI+特色详解 →
代理模型 + 贝叶斯优化
- 高斯过程代理模型与带可行性约束的贝叶斯优化，是实验内容本身
- 练习和正式考核都可使用；只用学生本人的试制数据训练
第 1、10、14、19、21、23 步
- 经平台统一接入的通义千问、DeepSeek 等模型
- 解释偏差、判据差异和推荐依据，只讲原因和核对方向，不直接给出参数答案
- 练习模式开放，正式考核时关闭
自动赋分 · 能力画像
- 自动赋分、能力画像和教师复核由平台完成
- AI 建议不计分
六个阶段 · 24 步
按“认识—建模—校准—判据—寻优—检验—决策”递进，每步都要求学生完成实际输入、选择或读图标注后提交。逐步查看 →
① 问题定义
- 优化目标与约束
- 材料与设备参数核对
- 体积能量密度与等价性
- 单道实验参数范围
本阶段满分：12 分
② 熔池建模
- Rosenthal 点热源模型
- Eagar–Tsai 高斯热源模型
- 液相线与熔池边界标注
本阶段满分：12 分
③ 实测校准与验证
- 导入 NIST 实测数据并划分
- 校准吸收率 η
- 验证误差、指出失效区
本阶段满分：12 分
④ 缺陷判据与工艺窗口
- 未熔合判据
- 球化与匙孔判据
- 功率—速度工艺窗口图
- 两套判据对比
本阶段满分：16 分
⑤ 智能寻优
- 预算与初始试验设计
- 虚拟试制与人工迭代
- 高斯过程代理模型
- 贝叶斯优化推荐与决策
- 人工与 AI 寻优效率比较
本阶段满分：24 分
⑥ 稳健性检验与决策
- 稳健性检验
- 敏感性试验
- 实验报告
- 推荐工艺参数与取舍
本阶段满分：24 分
不同操作，不同结果：参数范围、数据划分规则、判据选择、初始试验设计、人工选点、是否采纳推荐、稳健性候选与敏感性条件，都会改变后续计算与最终得分；所有计算由服务端按冻结版本重算，同一输入与种子结果一致。
环境要求与技术支持
按申报书第 6 节说明。完整环境要求 →
运行环境
- 网络带宽
- 客户端带宽不低于 2 Mbps 即可流畅完成全部 24 步
- 浏览器
- 谷歌浏览器、火狐浏览器、Microsoft Edge（Chromium 内核），不需要插件
- 硬件
- 双核以上处理器，内存 4 GB 及以上，屏幕分辨率 1280×720 及以上，无需独立显卡
技术支持
- 技术支持
- 电话 18565685800 微信 wtobook 邮箱 kyjysz@126.com
进入实验
评审专家直接进入评审演示站，在合成课堂中体验学生与教师两个视角；学生使用学校账号登录，按所在班级进入。