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激光3D打印參數優化法結果的對比分析

來源:杰呈3D打印 發布時間:2020-06-19 15:06:58 瀏覽次數:0
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兩種優化方法的結果雖然不一致但相差不大,這反映了這兩種方法都有其正確性和可靠性。分析認為這兩種結果之間的差異可以看作是“理論情況”和“實際情況”之間的差異。粉末流匯聚圖像特征法是將粉末流圖像作為依據,而沉積層成形特征法是將3D打印的試樣作為依據。對比來看,粉末流匯聚圖像特征法僅考慮粉末流在自由空間的匯聚成形特性,沒有考慮激光3D打印制造過程中沉積層基體以及熱源、激光等離子體等因素對粉末流匯聚及沉積成形的影響。而沉積層成形特征法是粉末流匯聚效果在激光3D打印制造過程中的真實體現。因此,兩種方法的優化結果出現不一致。


針對兩種優化方法結論不一致的問題,設計了一組對比試驗,以匯聚圖像特征法作為實驗方案,采用兩種優化方法的最優結果分別做兩組實驗,對比粉末流匯聚處最短直徑。該對比試驗的結果是粉末匯聚處最小直徑在外層輔助氣體流量13L·min-1時取得。推測,沉積層成形特征法的外層輔助氣體流量最優結果(17L·min-1)與粉末流匯聚圖像特征法的外層輔助體流量的最優結果(13L·min-1)相比較而言,可能并不是粉末流匯聚處最細的,而可能是實際加工時容錯率最高的。因此選擇了沉積層成形特征法的優化結果作為最終的氣體參數優化結果:內層載粉氣體流量4L·min-1,外層輔助氣體流量17L·min-1。


認為在激光加工過程中,由于激光光斑的直徑受激光透鏡(次要影響)和激光離焦量(主要影響)的影響,而激光離焦量在激光3D打印的逐層累加的過程中會產生一些小偏差。盡管在加工時每5層都會人工重新矯正離焦量,但是在加工環境當中通過CCD相機也很難觀察到清晰的焦點位置來重置離焦量。另外,加工過程中試樣在不停的重復“加熱—冷卻—再加熱—再冷卻”的過程,由熱循環帶來的熱脹冷縮也會使離焦量變得不準確。況且沉積層特征法的每一塊試樣都累積加工了90層,由隨機誤差和系統誤差帶來的誤差也在逐層的累積中逐漸顯露。綜合人工矯正離焦量困難、試樣熱循環、誤差累積這三方面的因素,使得加工過程中對離焦量的偏差無法進行估算,進而導致對激光光斑直徑的偏差無法估算。而且這個由多因素綜合導致的偏差既無法模擬計算,也無法依靠實驗經驗避免。但是在以沉積層高度和形貌質量為評判標準的優化過程中,這個偏差可以通過略微放寬粉末流匯聚的最小直徑而淡化其影響。


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