1、书书书智能设计检测?年?月第?卷第?期?学术论文Academic papers粘接智慧设计检测基于选区激光烧结技术成型工艺优化研究段亮亮1，党新安2（1.陕西能源职业技术学院 继续教育学院，陕西 咸阳712000；2.陕西科技大学 机电工程学院，陕西 咸阳712000）摘要：利用UG二次开发工具Open/GRIP进行了梯度多孔金属材料的自动化建模，然后运用正交实验法优化出选区激光烧结梯度金属多孔材料的最佳工艺参数，最后研究了选区激光烧结技术工艺参数对梯度多孔金属材料性能和成型质量的影响。结果表明，优化的最佳工艺参数成型出的制件质量最好，表面光滑，孔径大小与模型的要求相近，孔的分布较均匀，孔壁表
2、面粗糙度小，孔隙率较高，相对透气度也较大。关键词：选区激光烧结；梯度多孔金属材料；工艺参数中图分类号：TG156.99文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）03-0110-04Research on the optimization of molding processbased on selective laser sinteringDUAN Liangliang1，DANG Xinan2（1.School of Continuing Education，Shaanxi Energy Institute，Xianyang 712000，Shaanxi China；2.Coll
3、ege of Mechanical and Electrical Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xianyang 712000，Shaanxi China）Abstract:The UG secondary development tool Open/GRIP was used to carry out the automatic modeling of gradient porous metal materials，and then the optimal process parameters of sele
4、ctive laser sintering gradient metal porous materials were optimized by orthogonal experimental method，and finally the influence of selective laser sintering technology process parameters on the properties and forming quality of gradient porous metal materials was studied.The result showed that the
5、optimized process parameters formed the best part quality，smooth surface，similarpore size to the requirements of the model，uniform distribution of holes，small surface roughness of the pore wall，high porosity and relatively large air permeability.Key words:selective laser sintering；Gradient porous me
6、tal；process parameters收稿日期：2022-12-31；修回日期：2023-02-23作者简介：段亮亮（1986-），女，硕士，讲师，研究方向：机械制造与自动化；E-mail：。引文格式：段亮亮，党新安.基于选区激光烧结技术成型工艺优化研究J.粘接，2023，50（3）：110-113.2023 年 3 月第 50 卷第 3 期doi:10.3969 j.issn.1001-5922.2023.03.027Vol.50 No.03，Mar.2023工业废气具有温度高，含有很多的污染物和有毒气体的特点，它不仅使得环境污染严重，也使人们的健康受到了威胁，因此要进行除尘净化处理1
7、-3。在高温气体净化技术中，烧结多孔金属过滤器能对细小颗粒污染物进行过滤，且具有耐高温、耐腐蚀、高透气性和高孔隙率的特点，而烧结梯度多孔金属材料能满足过滤要求的高精度、大流量特性4-5。我国对梯度多孔金属材料的研究还处于一个初步阶段，尤其110学术论文粘接书书书智能设计检测?年?月第?卷第?期?Academic papers智慧设计检测是对梯度多孔金属材料的制备技术的研究较少6-8。本文对选区激光烧结技术成型梯度金属多孔材料的工艺进行了研究，鉴于梯度多孔金属材料的过滤性能对高温气体除尘的研究具有科学意义和实用价值9-10。1UG/open grip梯度多孔金属材料模型的设计梯度多孔金属材料的过
8、滤性能与材料的性能、梯度孔结构的设计是密切相关的11。因此，在进行梯度孔结构的设计时要考虑到梯度孔结构的强度、孔隙度、透气性等因素。为了满足梯度多孔金属材料过滤要求的高精度、大流量特点，从孔的形状、大小和分布方面进行了梯度孔结构的分析与设计 12-13，具体如表1所示。表1梯度孔结构设计Tab.1The structure design of gradient hole项目梯度层过渡层基体层起点坐标（300，300）（400，400）（600，600）孔间距/m200400800数量/个484824241212用UG二次开发工具open grip进行参数化设计实现梯度多孔金属材料的自动化建模1
9、4-16，实体模型如图1所示。图1梯度多孔金属材料模型Fig.1The model of gradient porous metal material2SLS成型梯度多孔金属材料的实验2.1实验材料及设备本实验材料选用-400目的水雾化316 L不锈钢粉末作为烧结材料 17-18，平均粒径为13.6 m。实验设备采用的是华中科技大学-武汉滨湖机电产业有限公司HRPM-A快速成型系统，可成型空间为250 mm250 mm250 mm，为了解决金属粉末在熔化过程中的氧化问题，采用了惰性气体保护装置，加工过程中可实现无人看管自动工作 19。2.2实验方法工艺参数对SLS成型梯度多孔金属材料的质量和性
10、能的影响较大，为了有效的减少实验次数，本文采用正交实验的方法进行实验研究，主要研究激光功率、扫描速度、扫描方式、扫描间距和铺粉层厚这几个参数对梯度多孔金属材料的孔隙率、最大孔径和相对透过系数的影响规律，并且优化出最佳工艺参数20。正交实验水平因素表如表2所示，选用5因素4水平，共需要16组实验。表2正交实验水平因素表Tab.2Orthogonal experimental designof experimental effects水平1234因素激光功率(A)W80859095扫描速度(B)mms-175808590扫描方式(D)跳转变向分区扫描分块变向逐行扫描扫描间距(E)mm0.030.0
11、40.050.06铺粉层厚(C)mm0.050.070.090.123实验结果与分析3.1工艺参数对梯度多孔金属材料的性能的影响3.1.1激光功率对性能指标的影响图2为正交试验极差分析工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描方式、扫描间距、铺粉层厚）对孔隙率的影响。激光功率扫描速度扫描方式扫描间距铺粉层厚181614121234孔隙率/%影响因素的水平度图2正交试验极差分析各因素对孔隙率的影响Fig.2Affects of fabrication factors on porosity从图2可以看出，孔隙率随着激光功率的增加而减小，激光功率从 80 W 增到 95 W 时，孔隙率从15.70%下降到
12、15.10%；随着扫描速度的增加孔隙率从13.37%增到17.2%；扫描方式不同孔隙率也不同，在跳转变向扫描和分区扫描方式获得的孔隙率比较高，在分块变向扫描和逐行扫描时孔隙率较低；随着扫描间距的增加，孔隙率先增大后减小，扫描间距为0.05 mm时，孔隙率最大；孔隙率随着铺粉层厚的增大而下降，层厚为0.12 mm时，孔隙率最低。图3为正交试验极差分析工艺参数对最大孔径的影响。111书书书智能设计检测?年?月第?卷第?期?学术论文Academic papers粘接智慧设计检测1234影响因素的水平度最大孔径/mm10.510.29.99.69.3激光功率扫描速度扫描方式扫描间距铺粉层厚图3正交试验
13、极差分析各因素对最大孔径的影响Fig.3Affects of fabrication factors on the largest aperture从图3可以看出，最大孔径随着激光功率的增加先增大后减小，当激光功率为80 W时，制件孔径最大为10.27 m；随着扫描速度的增加最大孔径呈现出一种先减小后增大的规律，当扫描速度达到85 mm/s时，最大孔径值最小；采用跳转变向扫描和逐行扫描方式时制件的最大孔径在10 m左右，而当采用分区和分块变向扫描方式时孔径减小；最大孔径随着扫描间距的增加而减小；随着铺粉层厚的增加先增加后减小，最大可达10.63 m，当层厚增加到0.12 mm时，由于粉层过厚不
14、能充分熔化，会出现粘结的块状并向四周扩散，致使孔径减小为9.79 m。图4为正交试验极差分析工艺参数对最大透气系数的影响。激光功率扫描速度扫描方式扫描间距铺粉层厚1234影响因素的水平度相对透气系数26242220图4正交试验极差分析各因素对样品相对透气系数的影响Fig.4Affects of fabrication factors on the relativepermeability coefficient从图4可以看出，相对透气系数随着激光功率增加而减小；随着扫描速度的增加而增加；跳转变向扫描方式下的制件相对透气系数最大达到25.34m3/（m2 h kPa），逐行扫描方式最差相对透气系
15、数为20.92m3/（m2 h kPa）；随着扫描间距的增加而减小；随着铺粉层厚的增加先减小后增加，铺粉层厚为0.07 mm时，相对透气系数值最大为24.4m3/（m2 h kPa）。3.1.2工艺参数优化因素通过以上正交实验极差值分析可知扫描速度和扫描间距是影响制件孔隙率和相对透气系数的2个主要因素，激光功率对他们的影响最小，对孔径的影响最大因素是扫描速度和铺粉层厚。根据实验结果和极差值分析综合考虑，最终优化的工艺参数为激光功率80 W，扫描速度80 mm/s，扫描方式为跳转变向扫描，扫描间距0.05 mm，铺粉层厚0.05 mm，得到试件的孔隙率为15.62%，最大孔径为9.86 m，最大
16、透气系数为24.5 m3/（m2 h kPa）。3.2工艺参数对梯度多孔金属材料成型质量的影响3.2.1工艺参数对表面微观形貌的影响图5为在跳转变向的扫描方式下，工艺参数发生变化时的梯度微孔上表面形貌图。图5（a）的表面形貌相对较差，由于激光功率较低，粉末熔化不充分，熔池较小，液相的铺展不易进行，表面不光滑；图5（c）与图5（b）相比较，扫描速度较低时成型表面平整光滑，孔径尺寸较小，甚至有些孔被堵塞，降低了孔隙率；图5（d）孔径较大，这是由于扫描间距较大，熔道搭接率小，金属液不能完全填充整个烧结区域，会产生很多孔洞，导致致密度下降，孔隙率增加；图5（e）的表面形貌质量较差，这是由于铺粉层越厚，粉末熔化不充分，不利于液相的铺展，颗粒表面不光滑，凝固时烧结颈不能长大，导致孔隙率增大，梯度孔的孔径和分布效果较差。通过对图5的分析可知，图5（b）的梯度微孔表面形貌成型质量最好，表面光滑，孔径大小与模型的要求相近，孔分布均匀，孔隙率较高。3.2.2工艺参数对孔成型质量的影响图5梯度微孔上表面的形貌图Fig.5The upper surface morphologies of gradient m