本技术涉及黏土构件生产，特别涉及基于3d打印技术的耐火构件自动化生产系统及方法。
背景技术：
1、炉膛隔热耐火材料在高温工业中扮演着至关重要的角色。传统的耐火构件生产方法主要包括压制成型、浇注成型和喷涂等，在生产复杂结构时难以实现材料性能的精确控制和梯度分布。近年来，3d打印技术在材料制造领域取得了显著进展，为耐火构件的生产带来了新的可能性。3d打印技术可以制造出更复杂的几何形状，实现材料性能的精确控制和梯度分布。两个不同部件之间的连接采用物理连接，物理连接主要依靠材料之间的物理作用力，如范德华力、静电力、毛细力等，实现过渡层与构件两个部分的粘结。
2、然而，多材料3d打印耐火黏土构件中，由于不同耐火黏土材料之间相容性差，过渡层材料选择和设计参数不合理，导致构件不同部分之间连接强度低，整体性能差，严重制约了多材料3d打印技术在耐火黏土构件制造中的应用。
技术实现思路
1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出基于3d打印技术的耐火构件自动化生产系统及方法，实现了3d打印过程中不同材料间过渡层的优化。
2、本技术的一个方面提供了基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，包括：
3、步骤s100：收集各种耐火黏土材料的材料性质数据，获取待连接的部分a的第一黏土材料添加量和部分b的第二黏土材料添加量；
4、所述收集各种耐火黏土材料的材料性质数据，获取待连接的部分a的第一黏土材料添加量和部分b的第二黏土材料添加量的具体方法为：
5、步骤s110：收集各种耐火黏土材料的材料性质数据；
6、步骤s120：分别获取待通过3d打印进行连接的部分a的第一黏土材料组合、第一黏土材料添加量和部分b的第二黏土材料组合、第二黏土材料添加量，第一黏土材料组合和第二黏土材料组合分别包含a种黏土材料和b种黏土材料；
7、步骤s200：训练用于预测黏土材料之间的相容性评分的相容性预测模型；
8、所述训练用于预测黏土材料之间的相容性评分的相容性预测模型的具体方法为：
9、步骤s210：将各种黏土材料按照不同的配比方案配制n组黏土材料组合，并记录每组的黏土材料添加量；
10、步骤s220：获取各个黏土材料组合中黏土材料之间的相容性评分，所述相容性评分等于0或1，当相容性评分为0时表示黏土材料之间不相容，当相容性评分为1时表示黏土材料之间相容；
11、步骤s230：将每个黏土材料组合中黏土材料之间的相容性评分标记为该黏土材料组合的真实标签，将每个黏土材料组合中各个黏土材料的材料性质数据和黏土材料添加量作为输入数据，将其对应的相容性评分作为输出数据，构建训练样本；
12、步骤s240：采用多层感知器mlp作为初始模型，所述多层感知器为三层结构，包括输入层、隐藏层和输出层，隐藏层和输出层的激活函数分别采用relu函数和sigmoid函数，其中，输出层输出相容性评分为1的概率值；
13、步骤s250：采用二元交叉熵损失函数作为训练相容性预测模型的损失函数，使用训练样本对相容性预测模型进行训练，当二元交叉熵损失函数的值收敛时，训练完成，得到训练好的相容性预测模型；
14、步骤s260：预设概率阈值，当输出的相容性评分为1的概率值大于概率阈值时，则表示黏土材料之间相容，否则不相容；
15、步骤s300：选择过渡层材料和高温烧结助剂作为过渡层材料组合，获取高温烧结助剂添加量与过渡层材料添加量，获取过渡层材料性质数据，基于相容性预测模型，分别预测过渡层与部分a和部分b之间的第一相容矩阵和第二相容矩阵；
16、所述选择过渡层材料和高温烧结助剂作为过渡层材料组合，获取高温烧结助剂添加量与过渡层材料添加量，获取过渡层材料性质数据，基于相容性预测模型，分别预测过渡层与部分a和部分b之间的第一相容矩阵和第二相容矩阵的具体方法为：
17、步骤s310：根据收集到的各种黏土材料的材料性质数据，选择连接部分a和部分b之间的过渡层材料，所述过渡层材料共c种；
18、步骤s320：选择高温烧结助剂作为过渡层材料的添加剂，将选定的c种过渡层材料和高温烧结助剂作为过渡层材料组合；
19、步骤s330：获取过渡层材料添加量x={x1，x2，...，xc}和高温烧结助剂添加量；
20、步骤s340：将过渡层材料添加量及其材料性质数据、部分a的第一黏土材料添加量及其材料性质数据作为输入，利用相容性预测模型预测得到过渡层与部分a之间的第一相容矩阵，将过渡层材料添加量及其材料性质数据和部分b的第二黏土材料添加量及其材料性质数据作为输入，利用相容性预测模型得到过渡层与部分b之间的第二相容矩阵；
21、步骤s400：基于耐火黏土构件的材料性能数据、成本效益、过渡层连接强度、第一相容矩阵和第二相容矩阵构建目标函数和约束条件，将过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量作为优化变量，求解最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量；
22、所述基于耐火黏土构件的材料性能数据、成本效益、过渡层连接强度、第一相容矩阵和第二相容矩阵构建目标函数和约束条件，将过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量作为优化变量，求解最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量的具体方法为：
23、步骤s410：基于耐火黏土构件的材料性能数据f1(x)、成本效益f2(x)和过渡层连接强度f3(x)、第一相容矩阵和第二相容矩阵构建目标函数f(x)，以最小化目标函数f(x)作为优化目标；
24、所述优化目标的表达式为：，其中，为第一相容矩阵中所有元素之和，为第二相容矩阵中所有元素之和，、、、、为各项的权重系数；
25、步骤s420：基于耐火黏土构件的耐火度、抗压强度和热震参数，构建耐火黏土构件的材料性能数据的计算公式；
26、所述材料性能数据的计算公式为：，其中，、、分别表示耐火黏土构件的耐火度、抗压强度和热震参数，α1、α2、α3分别为耐火度、抗压强度和热震参数的权重系数，p1、p2、p3和q为拟合参数；
27、所述耐火度的计算公式为：，其中，为第j种过渡层材料添加量，为第j种过渡层材料的耐火度，kj为第j种过渡层材料在耐火度方面的权重系数，β1为高温烧结助剂在耐火度方面的促进系数，s为高温烧结助剂添加量，e1为耐火度的表观活化能，r为气体常数，t为绝对温度；
28、所述抗压强度的计算公式为：，其中，j为第j种过渡层材料的抗压强度，mj为第j种过渡层材料在抗压强度方面的权重系数，β2为高温烧结助剂在抗压强度方面的促进系数，e2为抗压强度的表观活化能；
29、所述热震参数的计算公式为：，其中，rj为第j种过渡层材料的热震参数，nj为第j种过渡层材料在热震参数方面的权重系数，β3为高温烧结助剂在热震参数方面的促进系数，e3为热震参数的表观活化能；
30、步骤s430：基于第j种过渡层材料、部分a和部分b中黏土材料和高温烧结助剂的单位成本，构建耐火黏土构件的成本效益的计算公式；
31、所述成本效益的计算公式为：，其中，cj为第j种过渡层材料的单位成本，、、分别为部分a和部分b中黏土材料和高温烧结助剂的单位成本，xa、xb分别为部分a和b中黏土材料添加量；
32、步骤s440：基于过渡层材料的连接强度因子和表面活化能eu，构建耐火黏土构件的过渡层连接强度的计算公式；
33、所述过渡层连接强度的计算公式为：，其中，为第j种过渡层材料的连接强度因子，eu为表观活化能，u={1,2,3}，λ为非线性加权指数，、分别为过渡层材料添加量和高温烧结助剂添加量的饱和系数，为过渡层设计参数影响因子，为最佳厚度，为过渡层厚度；
34、步骤s450：统计第一相容矩阵中所有等于1的元素的个数设定为第一相容度，统计第二相容矩阵中所有等于1的元素的个数设定为第二相容度，构建相容性约束、过渡层厚度约束、材料添加量约束，得到目标函数的约束条件；
35、所述构建相容性约束、过渡层厚度约束、材料添加量约束的具体方法为：
36、步骤s451：预设相容度阈值ε，分别基于第一相容度、第二相容度与相容度基准值之间差值的绝对值构建相容性约束；
37、所述相容性约束的表达式为：，，其中，、分别为第一相容度和第二相容度，v为相容度基准值；
38、步骤s452：分别获取部分a、部分b与过渡层连接端的第一厚度ha和第二厚度hb，基于第一厚度和第二厚度建立过渡层厚度约束；
39、所述过渡层厚度约束的表达式为：，，其中，为过渡层厚度，为厚度波动范围；
40、步骤s453：设定过渡层材料添加量的最大值和最小值、高温烧结助剂添加量s的最大值和最小值，构建材料添加量约束；
41、所述材料添加量约束的表达式为：，；
42、步骤s460：将过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量作为优化变量，所述过渡层设计参数包括过渡层厚度和过渡层材料添加量，选择遗传算法对目标函数进行优化，得到最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量；
43、步骤s500：基于最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量，通过3d打印技术连接部分a和部分b生成耐火黏土构件，获取耐火黏土构件的过渡层性能测试结果并计算性能偏差，基于性能偏差构建惩罚函数，对目标函数进行修正；
44、所述获取耐火黏土构件的过渡层性能测试结果并计算性能偏差，基于性能偏差构建惩罚函数，对目标函数进行修正的具体方法为：
45、步骤s510：对3d打印后的耐火黏土构件进行性能测试，得到过渡层性能测试结果，所述过渡层性能测试结果包括材料性能、成本性能和连接强度性能；
46、步骤s520：将材料性能、成本性能和连接强度性能分别与材料性能数据、成本效益和过渡层连接强度进行差值计算，得到性能偏差，所述性能偏差包括材料性能偏差、成本效益偏差和连接强度偏差；
47、步骤s530：基于材料性能偏差、成本效益偏差和连接强度偏差，构建惩罚函数，对目标函数进行修正，得到修正后的目标函数，利用修正后的目标函数替代原来的目标函数；
48、所述惩罚函数的函数表达式为：，其中，为惩罚系数，为偏差项，r={1,2,3}；
49、所述修正后的目标函数的表达式为：，其中，为材料性能数据项的惩罚函数，为成本效益项的惩罚函数，为过渡层连接强度项的惩罚函数。
50、本技术的一个方面提供了基于3d打印技术的耐火构件自动化生产系统，包括：
51、材料数据收集模块，用于收集各种耐火黏土材料的材料性质数据，获取待连接的部分a的第一黏土材料添加量和部分b的第二黏土材料添加量；
52、相容模型训练模块，用于训练用于预测黏土材料之间的相容性评分的相容性预测模型；
53、相容矩阵预测模块，用于选择过渡层材料和高温烧结助剂作为过渡层材料组合，获取高温烧结助剂添加量与过渡层材料添加量，获取过渡层材料性质数据，基于相容性预测模型，分别预测过渡层与部分a和部分b之间的第一相容矩阵和第二相容矩阵；
54、优化变量求解模块，用于基于耐火黏土构件的材料性能数据、成本效益、过渡层连接强度、第一相容矩阵和第二相容矩阵构建目标函数和约束条件，将过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量作为优化变量，求解最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量；
55、目标函数修正模块，用于基于最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量，通过3d打印技术连接部分a和部分b生成耐火黏土构件，获取耐火黏土构件的过渡层性能测试结果并计算性能偏差，基于性能偏差构建惩罚函数，对目标函数进行修正。
56、本技术的一个方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，以实现基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法中的步骤。
57、本技术的一个方面提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法中的步骤。
58、本技术提出的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产系统及方法相对于现有技术，具备以下优点：
59、本技术通过机器学习方法，预测不同黏土材料之间的相容性，基于黏土材料间的相容性构建目标函数，保证了优化后的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量提高过渡层的连接强度；
60、本技术基于耐火度、抗压强度和热震参数计算耐火黏土构件的材料性能数据，基于材料性能数据构建目标函数，使得优化后的参数能够最大程度保证黏土材料的材料性能；
61、本技术基于第一相容矩阵和第二相容矩阵构建目标函数，使得优化后的参数能够最大程度保证过渡层与部件的材料间的相容性；
62、本技术基于优化的参数实际打印黏土构件，通过测试结果反馈修正目标函数，提高了目标函数和优化结果的精度和可靠性。这种闭环反馈机制保证了本技术在实际应用中的适应性。
1.基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，所述收集各种耐火黏土材料的材料性质数据，获取待连接的部分a的第一黏土材料添加量和部分b的第二黏土材料添加量的具体方法为：
3.如权利要求2所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，所述训练用于预测黏土材料之间的相容性评分的相容性预测模型的具体方法为：
4.如权利要求3所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，所述选择过渡层材料和高温烧结助剂作为过渡层材料组合，获取高温烧结助剂添加量与过渡层材料添加量，获取过渡层材料性质数据，基于相容性预测模型，分别预测过渡层与部分a和部分b之间的第一相容矩阵和第二相容矩阵的具体方法为：
5.如权利要求4所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，所述基于耐火黏土构件的材料性能数据、成本效益、过渡层连接强度、第一相容矩阵和第二相容矩阵构建目标函数和约束条件，将过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量作为优化变量，求解最优的过渡层设计参数和高温烧结助剂添加量的具体方法为：
6.如权利要求5所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，所述构建相容性约束、过渡层厚度约束、材料添加量约束的具体方法为：
7.如权利要求6所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法，其特征在于，所述获取耐火黏土构件的过渡层性能测试结果并计算性能偏差，基于性能偏差构建惩罚函数，对目标函数进行修正的具体方法为：
8.基于3d打印技术的耐火构件自动化生产系统，其基于权利要求1-7中任一项所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法实现，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，以实现如权利要求1-7任一项所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法中的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如权利要求1-7任一项所述的基于3d打印技术的耐火构件自动化生产方法中的步骤。
