[發明專利]一種基于統計分析的選區激光熔化工藝參數優化方法

在審

• 申請號: 202211501401.6
• 申請日: 2022-11-28
• 公開（公告）號: CN115857344A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 計效園;陳嘉龍;涂先猛;楊歡慶;余朋;彭東劍;周建新;王云;章則君;殷亞軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;西安航天發動機有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 石夢雅;張彩錦

本發明提供了一種基于統計分析的選區激光熔化工藝參數優化方法，屬于增材制造領域，更具體地，該方法包括如下步驟：利用選區激光熔化工藝制備樣品并對其進行性能測試，以獲得不同工藝參數對應性能的實驗數據；基于實驗數據建立不同性能的多項式回歸模型；分別利用逐步回歸分析法對各個性能的多項式回歸模型進行優化，并通過一維搜索法調整逐步回歸分析法中的閾值，以獲得不同性能的預測模型，并利用其對工藝參數進行優化。本發明提供了一種快速準確的SLM產品性能預測方法，實現了SLM制造的目標性能產品工藝參數的快速優化，可以快速、高效、低成本地探尋SLM最優工藝參數區間，有效降低廢品率、提高成形件質量、提高生產效率。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，更具體地，涉及一種基于統計分析的選區激光熔化工藝參數優化方法。

背景技術

選擇性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一種成形金屬和陶瓷的有效增材制造方法，其通過利用激光束在成形平臺上選擇性熔化金屬粉末生產金屬零件。SLM成形時通過激光發射器發射一束激光，穿過掃描鏡和光學器件將激光光斑聚焦于成形平臺的粉末上，通過熱量熔化金屬/陶瓷粉末進行成形。成形過程中設備通過刮刀在基板上鋪好一層金屬粉床之后，激光束按照成形件三維切片的路徑信息掃描并熔化粉末，此層燒結完成后成形平臺下降一個層厚，粉倉上升一定厚度，刮刀重新鋪粉并進行下一層的燒結熔化，周而復始直至整個打印過程結束，三維零件成形完成。選擇性激光熔化工藝過程簡單規范、成形產品范圍廣、成形材料利用率高、打印過程無污染。選擇性激光熔化成形時不受產品外形復雜程度影響，無需刀具、夾具和后續切削工序，成形效率高，減少了產品生產周期。SLM成形件的致密度高、精度較好、整體綜合性能表現穩定優良。由于這些優點，選擇性激光熔化在航空航天、汽車工業、生物醫學和國防等領域有廣泛應用。

SLM成形過程中的工藝參數對成形質量有直接影響，因此國內外學者對SLM工藝參數對質量性能影響做了大量研究。當前國內外學者研究涉及的質量性能指標大多是致密度、力學性能、表面粗糙度、成形缺陷等；關注的工藝參數多為激光功率、粉末層厚、掃描速度、掃描間距、掃描方式等。

選擇性激光熔化樣品的力學性能強烈依賴于激光工藝參數，工藝參數對成形件的影響不是相互獨立的，多種工藝因素對性能的影響呈現出復雜相關性，只有相互配合才能成形出質量良好的產品。比如較小的激光功率和較大的層厚組合時會導致無法粉末熔透進而造成質量下降。為了提高成形件質量，探尋最好的工藝參數組合，判明四種工藝因素對多種力學性能的交互作用影響十分必要。現有大批量實驗優化等方法資源消耗大，成本高效率低且試驗周期長，廢品率高，難以快速準確進行性能預測和工藝參數優化。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于統計分析的選區激光熔化工藝參數優化方法，旨在解決現有的工藝參數優化方法成本高、效率低的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于統計分析的選區激光熔化工藝參數優化方法，該方法包括如下步驟：

S1利用選區激光熔化工藝制備樣品并對其進行性能測試，以獲得不同工藝參數對應性能的實驗數據；

S2基于步驟S1獲得的實驗數據建立不同性能的多項式回歸模型；

S3分別利用逐步回歸分析法對各個性能的所述多項式回歸模型進行優化，并通過一維搜索法調整逐步回歸分析法中的閾值，以獲得不同性能的預測模型；

S4利用步驟S3獲得的不同性能的預測模型對工藝參數進行優化。

作為進一步優選的，步驟S1中，利用選區激光熔化工藝制備樣品時，先使用響應曲面法進行工藝參數設計，然后設置不同工藝參數的切片信息。

作為進一步優選的，步驟S1中，所述工藝參數包括激光功率、掃描速度、掃描間距、粉末層厚度；所述性能包括致密度、抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、硬度、耐磨度、表面粗糙度。