【摘要】：選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering,簡稱SLS)是近年來迅速發(fā)展的增材制造技術(shù)的分支。由于其具有選材廣泛、制造柔性高、無需設(shè)計(jì)構(gòu)造支撐和材料利用率高等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)下制造企業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。目前針對SLS成型件加工工藝參數(shù)的制定尚未有具體且科學(xué)的系統(tǒng)指導(dǎo),多數(shù)情況下根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)或利用標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)算法來確定,其結(jié)果無法很好的滿足SLS成型件成型精度的要求。本文以SLS成型件為研究對象,以減少成型件的翹曲變形和圓柱度誤差為目標(biāo),利用有限元數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合,針對影響打印精度的加工工藝參數(shù)進(jìn)行研究分析,并建立相應(yīng)的優(yōu)化預(yù)測模型,用于指導(dǎo)SLS成型件加工工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與制定。首先,闡述SLS的PS粉末累加機(jī)理和成型機(jī)理,分析影響成型件精度的主要因素。然后利用ANSYS有限元分析軟件,構(gòu)建了SLS成型件燒結(jié)過程的三維瞬態(tài)有限元模型。在考慮了熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射和隨溫度變化的熱物性參數(shù)的條件下,使用APDL參數(shù)化語言實(shí)現(xiàn)了高斯熱源的移動施加,模擬平行同側(cè)掃描和環(huán)形掃描下的燒結(jié)成型過程,并分析兩種掃描方式下對應(yīng)的溫度場和應(yīng)變情況。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,在圓柱形模型下,平行同側(cè)掃描方式在翹曲變形度上要優(yōu)于環(huán)形掃描,并用于后續(xù)的優(yōu)化預(yù)測研究。其次,基于有限元仿真結(jié)果,在設(shè)備、材料和工藝邊界確定時(shí),利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)SLS成型件在不同激光功率、掃描速度、掃描間距和分層厚度參數(shù)組合下的實(shí)驗(yàn),獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用方差分析法分析成型件加工工藝參數(shù)與翹曲變形度和圓柱度之間的映射關(guān)系,然后以翹曲變形和圓柱度誤差最小為目標(biāo),選取最優(yōu)打印參數(shù)組合。最后,在有限元仿真與大量實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,針對SLS中的成型件精度難以預(yù)測、工藝參數(shù)難以選擇以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自有缺陷,利用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,簡稱PSO)優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立SLS燒結(jié)件精度預(yù)測模型,并利用MATLAB建立優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。模型以激光功率、掃描速度、掃描間距和分層厚度為變量,以成型件的翹曲變形和圓柱度誤差為目標(biāo),構(gòu)建工藝參數(shù)與成型件精度間的非線性關(guān)系,并將預(yù)測的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對比,表明了PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有良好的全局搜索能力和收斂性,精度預(yù)測更加準(zhǔn)確,對合理選擇加工工藝參數(shù)具有實(shí)際指導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TF046.4

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