選擇性激光燒結(jié)工藝的試驗(yàn)與優(yōu)化方法研究.pdf

1、選擇性激光燒結(jié)(SLS-Selective Laser Sintering)是一種最近二十年來發(fā)展起來的快速原型(RP-Rapid Prototyping)技術(shù)。相對(duì)于其他快速原型技術(shù)而言，SLS 由于制造速度快、用材廣泛和后處理工藝相對(duì)簡單而備受關(guān)注，并且應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬。然而，這種發(fā)展趨勢(shì)由于SLS 加工零件的精度和強(qiáng)度較低而受到了限制。因此開展SLS 加工工藝的研究不僅有重要的理論意義，同時(shí)還具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。 本文

2、在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和遺傳算法對(duì)SLS 的燒結(jié)過程和后處理過程進(jìn)行了模擬和優(yōu)化研究。針對(duì)SLS 加工工藝的特點(diǎn)，提出了一些有益的、具有一定創(chuàng)新的方法并得到了一些結(jié)論，并應(yīng)用這些方法和結(jié)論解決了一些實(shí)際問題。 在SLS 燒結(jié)過程研究方面，本文的工作和取得的成果包括： 1.提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的選擇性激光燒結(jié)加工件質(zhì)量特性預(yù)測(cè)模型。該模型以SLS 加工工藝參數(shù)作為輸入量，包括：層厚( lt)、掃描間距(

3、 dh)、激光功率( W)、掃描速度( v)、加工環(huán)境溫度( Te)、層與層之間的時(shí)間間隔( Ts)和掃描方式( F)。SLS 加工件質(zhì)量特性指標(biāo)包括加工件的收縮、加工變形、密度和抗拉強(qiáng)度作為模型的輸出。并且詳細(xì)敘述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)如隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)、激勵(lì)函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)收斂精度等的確定原則和方法。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能建立SLS 加工工藝參數(shù)與加工件質(zhì)量特性之間的定量關(guān)系。同時(shí)表明選擇用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究SLS 加工工藝是合適的

4、。 2.在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用遺傳算法對(duì)SLS 工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。針對(duì)SLS 加工的特點(diǎn)，提出了一種適合SLS 工藝特點(diǎn)的基于空間分割的遺傳算法初始種群產(chǎn)生和種群數(shù)量確定方法。并研究了在不同搜索策略下遺傳算法的性能，通過模擬試驗(yàn)分析確定了適合SLS 工藝優(yōu)化的搜索策略。計(jì)算結(jié)果表明遺傳算法作為一種全局搜索尋優(yōu)方法，能搜索到用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)描敘的表達(dá)式的最優(yōu)解。生產(chǎn)實(shí)際表明遺傳算法搜索到的SLS 加工工藝的最優(yōu)解是有效的

5、。同時(shí)說明本文提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合的模擬優(yōu)化方法對(duì)難于用精確模型和試驗(yàn)方法研究的高度非線性問題是一種十分有效的方法。 3.在模擬優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出了評(píng)價(jià)工藝參數(shù)對(duì)加工件質(zhì)量的影響指標(biāo)。研究結(jié)果表明：影響收縮率的主要因素為掃描間距；而工藝參數(shù)對(duì)尺寸變形影響的程度差別不大，其中掃描間距的影響相對(duì)大些。影響加工件密度的主要參數(shù)為掃描間距；而工藝參數(shù)對(duì)抗拉強(qiáng)度影響差別很大，其中激光功率對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響最為顯著。 4.利

6、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，研究了單個(gè)工藝參數(shù)和多個(gè)工藝參數(shù)變化時(shí)，燒結(jié)件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)性能的變化趨勢(shì)。并且對(duì)預(yù)測(cè)性能進(jìn)行了詳細(xì)的討論。這種變化趨勢(shì)的得到，對(duì)SLS 加工設(shè)備的生產(chǎn)是有利的，即有利于發(fā)展SLS 工藝的智能控制；同時(shí)有助于SLS 設(shè)備的使用者加強(qiáng)加工過程的管理和加工操作方法的改進(jìn)。在SLS 后處理研究方面，本文的工作和取得的成果包括：應(yīng)用正交試驗(yàn)法，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了燒結(jié)件燒結(jié)條件以及后處理工藝參數(shù)對(duì)加工件收縮、表面粗糙度、密度