[發(fā)明專利]金屬3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810567448.X
• 申請(qǐng)日: 2018-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN110560685A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李九江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福士瑞精密工業(yè)(鄭州)有限公司
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;G06F17/50;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 44334 深圳市賽恩倍吉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李艷霞;謝蓓

本發(fā)明提供一種金屬3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化方法，包括：確定本次實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量特性Y值；可控因子選擇及各因子水平選擇；基于田口法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)正交表設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析；最佳條件的選定及預(yù)估；確認(rèn)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)可靠性；進(jìn)行現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)總結(jié)并分析。本發(fā)明的所述金屬3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化方法基于田口法，減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)，降低了工藝參數(shù)優(yōu)化成本；并揭示鋪粉層厚、激光功率、掃描速度、掃描線間距等可控工藝參數(shù)對(duì)金屬3D打印零件比密度的影響規(guī)律。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)，又叫增材制造技術(shù)，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。

3D打印技術(shù)的基本原理是分層制造，層層迭加：首先將要加工零件的CAD模型沿Z軸離散化，即“切片”，得到若干個(gè)2D截面；然后自下而上層層打印，最終得到完整的零件。

現(xiàn)有金屬3D打印零件成形效果的影響因素主要包括比密度、精度、粗糙度。其中比密度是金屬3D打印零件成形效果最重要的因素，直接影響金屬3D打印零件的打印質(zhì)量。目前金屬3D打印工藝參數(shù)主要有鋪粉層厚、激光功率、掃描速度、掃描線間距四個(gè)可控工藝參數(shù)，工藝參數(shù)優(yōu)化方法采用單一參數(shù)變量法。一般情況下，要得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合，每個(gè)工藝參數(shù)需取9組數(shù)據(jù)，使用單一參數(shù)變量法進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化則需進(jìn)行6561(9⁴)次實(shí)驗(yàn)。如此，則實(shí)驗(yàn)次數(shù)多，實(shí)驗(yàn)周期長，實(shí)驗(yàn)效率低，耗費(fèi)較多人力、物力。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種金屬3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

本發(fā)明提供的金屬3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化方法，其包括：

S1確定本次實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量特性Y值；

S2可控因子選擇及各因子水平選擇；

S3基于田口法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)正交表設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集；

S4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析；

S5最佳條件的選定及預(yù)估；

S6確認(rèn)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)可靠性；

S7進(jìn)行現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)總結(jié)并分析。

優(yōu)選地，在S1中，所述本次實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量特性Y值為零件比密度。

現(xiàn)有金屬3D打印零件成形效果的影響因素主要包括密度、精度和粗糙度。其中比密度是金屬3D打印零件成形效果的最重要的因素，直接影響金屬3D打印零件的打印質(zhì)量。因此選定零件密度為本次實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量特性Y值。

為便于對(duì)比，將密度換算為比密度，即：

式中，Y_i表示比密度，ρ_i表示金屬3D打印工藝下不銹鋼316L的密度，ρ_316L表示傳統(tǒng)軋制工藝下不銹鋼316L的密度。

優(yōu)選地，在S2中，金屬3D打印零件比密度除受系統(tǒng)硬件配置、軟件數(shù)據(jù)誤差和機(jī)械精度影響外，還取決于激光功率、掃描速度、掃描線間距、鋪粉層厚等工藝參數(shù)。依據(jù)前期調(diào)查了解及實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，激光功率、掃描速度、掃描線間距、鋪粉層厚等工藝參數(shù)對(duì)比密度影響顯著，并且在實(shí)驗(yàn)過程中是可控的。因此，將激光功率、掃描速度、掃描線間距和鋪粉層厚作為實(shí)驗(yàn)的可控因素，各可控因素激光功率、掃描速度、掃描線間距和鋪粉層厚依次編號(hào)為：A、B、C和D。一般情況下，基于田口法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，各可控因素取三個(gè)水平，因此本實(shí)驗(yàn)各可控因素分別設(shè)定三個(gè)水平。