[发明专利]金属3D打印工艺参数优化方法

说明书

本发明提供一种金属3D打印工艺参数优化方法，包括：确定本次实验的质量特性Y值；可控因子选择及各因子水平选择；基于田口法进行实验正交表设计及实验数据收集；实验数据分析；最佳条件的选定及预估；确认现阶段实验可靠性；进行现阶段实验总结并分析。本发明的所述金属3D打印工艺参数优化方法基于田口法，减少了实验次数，降低了工艺参数优化成本；并揭示铺粉层厚、激光功率、扫描速度、扫描线间距等可控工艺参数对金属3D打印零件比密度的影响规律。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种金属3D打印工艺参数优化方法。

背景技术

3D打印技术，又叫增材制造技术，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。

3D打印技术的基本原理是分层制造，层层迭加：首先将要加工零件的CAD模型沿Z轴离散化，即“切片”，得到若干个2D截面；然后自下而上层层打印，最终得到完整的零件。

现有金属3D打印零件成形效果的影响因素主要包括比密度、精度、粗糙度。其中比密度是金属3D打印零件成形效果最重要的因素，直接影响金属3D打印零件的打印质量。目前金属3D打印工艺参数主要有铺粉层厚、激光功率、扫描速度、扫描线间距四个可控工艺参数，工艺参数优化方法采用单一参数变量法。一般情况下，要得到最优工艺参数组合，每个工艺参数需取9组数据，使用单一参数变量法进行工艺参数优化则需进行6561(9⁴)次实验。如此，则实验次数多，实验周期长，实验效率低，耗费较多人力、物力。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种金属3D打印工艺参数优化方法，以解决现有技术中的不足。

本发明提供的金属3D打印工艺参数优化方法，其包括：

S1确定本次实验的质量特性Y值；

S2可控因子选择及各因子水平选择；

S3基于田口法进行实验正交表设计及实验数据收集；

S4实验数据分析；

S5最佳条件的选定及预估；

S6确认现阶段实验可靠性；

S7进行现阶段实验总结并分析。

优选地，在S1中，所述本次实验的质量特性Y值为零件比密度。

现有金属3D打印零件成形效果的影响因素主要包括密度、精度和粗糙度。其中比密度是金属3D打印零件成形效果的最重要的因素，直接影响金属3D打印零件的打印质量。因此选定零件密度为本次实验的质量特性Y值。

为便于对比，将密度换算为比密度，即：

式中，Y_i表示比密度，ρ_i表示金属3D打印工艺下不锈钢316L的密度，ρ_316L表示传统轧制工艺下不锈钢316L的密度。

优选地，在S2中，金属3D打印零件比密度除受系统硬件配置、软件数据误差和机械精度影响外，还取决于激光功率、扫描速度、扫描线间距、铺粉层厚等工艺参数。依据前期调查了解及实际实验验证，激光功率、扫描速度、扫描线间距、铺粉层厚等工艺参数对比密度影响显著，并且在实验过程中是可控的。因此，将激光功率、扫描速度、扫描线间距和铺粉层厚作为实验的可控因素，各可控因素激光功率、扫描速度、扫描线间距和铺粉层厚依次编号为：A、B、C和D。一般情况下，基于田口法设计实验时，各可控因素取三个水平，因此本实验各可控因素分别设定三个水平。