選擇性激光燒結(jié)工藝的試驗與優(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)展趨勢由于SLS 加工零件的精度和強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，同時還具有重要的實際指導(dǎo)意義。 本文

2、在大量試驗研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和遺傳算法對SLS 的燒結(jié)過程和后處理過程進行了模擬和優(yōu)化研究。針對SLS 加工工藝的特點，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)、層與層之間的時間間隔( Ts)和掃描方式( F)。SLS 加工件質(zhì)量特性指標包括加工件的收縮、加工變形、密度和抗拉強度作為模型的輸出。并且詳細敘述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)如隱含層神經(jīng)元個數(shù)、激勵函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)收斂精度等的確定原則和方法。試驗研究結(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SLS 工藝參數(shù)進行了優(yōu)化研究。針對SLS 加工的特點，提出了一種適合SLS 工藝特點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，通過模擬試驗分析確定了適合SLS 工藝優(yōu)化的搜索策略。計算結(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)描敘的表達式的最優(yōu)解。生產(chǎn)實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)化方法對難于用精確模型和試驗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，提出了評價工藝參數(shù)對加工件質(zhì)量的影響指標。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)對尺寸變形影響的程度差別不大，其中掃描間距的影響相對大些。影響加工件密度的主要參數(shù)為掃描間距；而工藝參數(shù)對抗拉強度影響差別很大，其中激光功率對抗拉強度的影響最為顯著。 4.利

6、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，研究了單個工藝參數(shù)和多個工藝參數(shù)變化時，燒結(jié)件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測性能的變化趨勢。并且對預(yù)測性能進行了詳細的討論。這種變化趨勢的得到，對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；同時有助于SLS 設(shè)備的使用者加強加工過程的管理和加工操作方法的改進。在SLS 后處理研究方面，本文的工作和取得的成果包括：應(yīng)用正交試驗法，在大量試驗的基礎(chǔ)上，研究了燒結(jié)件燒結(jié)條件以及后處理工藝參數(shù)對加工件收縮、表面粗糙度、密度