2008年9月中国制造业信息化第37卷第17期 析,得出各参数对零件抗压强度影响程度的大 0.407 小可1 表4中,K表示抗压强度在参数j的第j个水 平的均值比如K23表示制件抗压强度在扫描间距 的水平编号(见表2)为2时(0.2mm)的均值。在9 组实验中扫描间距的水平编号为2的实验编号为 16和9,取这3次实验抗压强度的均值就得出 K23的值。C表示各参数的极差,例如C2表示制件 的抗压强度在扫描速度各水平编号上均值的极 差 图4实验编号6制件的受力图 表4影响制件抗压强度参数的极差分析表MPa 1.5参数分析 参数1 参数2 参数4 在实验中,调节不同的成形参数可以得到不同 激光功率)(扫描速度)(扫描间距)(铺粉厚度) 抗压强度的成形制件,由各组实验制件的抗压强度 k1.0553 1.5678 l.8242 1.6539 可以分析得出以下结论 a.激光功率对制件抗压强度的影响。 6946 从实验中可以分析出:激光功率越大,零件的 C1.0345 0.1457 0.2545 0.183 抗压强度越好。但是如果功率过大,会造成烧结太 注:j=1,2,3,4 充分,抗压强度下降,甚至会出现烧结层烧焦断裂 由表4极差分析可以得出,C1>C3>C4> 的情况。功率太小,粉末烧结成形所需的能量不C2,可见激光功率对制件抗压强度的影响最大,其 够,造成烧结不充分,甚至不能成形 次依次是扫描间距、铺粉厚度、扫描速度 b.扫描速度对制件抗压强度的影响。 扫描速度越小,材料越能充分地吸收激光能2参数优化 量,制件的抗压强度也越好。扫描速度过小,成形 从表4极差分析中可以得出最优参数:激光功 时间会越长,实验效率低,不利于成形实验研究。率在表2第2个水平编号(25W)时;扫描速度在表 扫描速度过高会造成激光能量分布不均匀,材料2第2个水平编号(15mm/s)时;扫描间距在表2 吸收不充分,造成制件抗压强度下降 第1个水平编号(0.1mm)时;铺粉厚度在表2第2 c.扫描间距对制件抗压强度的影响。 个水平编号(0.3mm)时。这种参数组合在前面正 扫描间距在允许的范围内越小,制件的抗压强交实验中没有出现过。因此需再设计一次实验来 度就越好。扫描间距不能超过激光的光斑直径,否验证这个参数组合的抗压强度是不是更好。最优 则会造成扫描行与行之间分离材料吸收能量不均参数组合实验表见表5 匀,成形困难。扫描间距太小,则会造成重复烧结 表5最优参数组合实验表 甚至烧结过透,制件的抗压强度就会下降。 d.铺粉厚度对制件抗压强度的影响。 激光功扫描速度扫描间 最大抗最大抗 率/W/(mms‘)距mm 艘粉甲 I MPa 在激光功率足够使制件烧结成形的情况下,铺 粉厚度越大,零件的抗压强度越好。但铺粉厚度太 2(25) (15)1(0.1)2(0.3)4392.4858 大,层与层之间难以烧结;铺粉厚度太小,层与层之 通过实验得到了更大的抗压力为0.4390kN 间会烧透,造成烧结层翘曲变形。激光功率、扫描理论分析的最优参数组合得到了验证,最大抗压力 速度、扫描间距、铺粉厚度4个参数是相互作用相除于受力面积得到最大抗压强度为2.4858MPa 互制约的6,对制件的抗压强度都有影响。 最优参数组合的制件抗压曲线如图5所示。 从9组实验来看抗压强度最好的是实验编号 6的零件,实验参数为:功率235W、扫描速度3结束语 20mm/s、扫描间距0.2mm、铺粉厚度0.3mm。 本文系统分析了SLS成形中工艺参数对制件 下面运用极差分析法对前面9组实验进行分抗压强度的影响,对实验结果进行极差分析得出各 201994-2009ChinaAcademicJourmalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net图 4 实验编号 6 制件的受力图 1. 5 参数分析 在实验中 ,调节不同的成形参数可以得到不同 抗压强度的成形制件 ,由各组实验制件的抗压强度 可以分析得出以下结论 : a. 激光功率对制件抗压强度的影响。 从实验中可以分析出 :激光功率越大 ,零件的 抗压强度越好。但是如果功率过大 ,会造成烧结太 充分 ,抗压强度下降 ,甚至会出现烧结层烧焦断裂 的情况。功率太小 ,粉末烧结成形所需的能量不 够 ,造成烧结不充分 ,甚至不能成形[5 ] 。 b. 扫描速度对制件抗压强度的影响。 扫描速度越小 ,材料越能充分地吸收激光能 量 ,制件的抗压强度也越好。扫描速度过小 ,成形 时间会越长 ,实验效率低 ,不利于成形实验研究。 扫描速度过高 ,会造成激光能量分布不均匀 ,材料 吸收不充分 ,造成制件抗压强度下降。 c. 扫描间距对制件抗压强度的影响。 扫描间距在允许的范围内越小 ,制件的抗压强 度就越好。扫描间距不能超过激光的光斑直径 ,否 则会造成扫描行与行之间分离 ,材料吸收能量不均 匀 ,成形困难。扫描间距太小 ,则会造成重复烧结 , 甚至烧结过透 ,制件的抗压强度就会下降。 d. 铺粉厚度对制件抗压强度的影响。 在激光功率足够使制件烧结成形的情况下 ,铺 粉厚度越大 ,零件的抗压强度越好。但铺粉厚度太 大 ,层与层之间难以烧结 ;铺粉厚度太小 ,层与层之 间会烧透 ,造成烧结层翘曲变形。激光功率、扫描 速度、扫描间距、铺粉厚度 4 个参数是相互作用相 互制约的[6 ] ,对制件的抗压强度都有影响。 从 9 组实验来看 ,抗压强度最好的是实验编号 6 的 零 件 , 实 验 参 数 为 : 功 率 25W、扫 描 速 度 20mm/ s、扫描间距 0. 2mm、铺粉厚度 0. 3mm。 下面运用极差分析法对前面 9 组实验进行分 析 ,得出各参数对零件抗压强度影响程度的大 小[7 ] 。 表 4 中 , Kij 表示抗压强度在参数j 的第 i 个水 平的均值。比如 K23 表示制件抗压强度在扫描间距 的水平编号(见表 2) 为 2 时(0. 2mm) 的均值。在 9 组实验中扫描间距的水平编号为 2 的实验编号为 1 ,6 和 9 ,取这 3 次实验抗压强度的均值就得出 K23 的值。Cj 表示各参数的极差 ,例如 C2 表示制件 的抗压强度在扫描速度各水平编号上均值的极 差[7 ] 。 表 4 影响制件抗压强度参数的极差分析表 MPa 参数 1 (激光功率) 参数 2 (扫描速度) 参数 3 (扫描间距) 参数 4 (铺粉厚度) K1 j 1. 055 3 1. 567 8 1. 824 2 1. 653 9 K2 j 2. 089 8 1. 713 5 1. 692 6 1. 753 2 K3 j 1. 830 7 1. 694 6 1. 569 7 1. 569 7 Cj 1. 034 5 0. 145 7 0. 254 5 0. 183 5 注 : j = { 1 ,2 ,3 ,4} 。 由表 4 极差分析可以得出 , C1 > C3 > C4 > C2 , 可见激光功率对制件抗压强度的影响最大 ,其 次依次是扫描间距、铺粉厚度、扫描速度。 2 参数优化 从表 4 极差分析中可以得出最优参数:激光功 率在表 2 第 2 个水平编号(25W) 时 ;扫描速度在表 2 第 2 个水平编号 (15mm/ s) 时 ;扫描间距在表 2 第 1 个水平编号(0. 1mm) 时 ;铺粉厚度在表 2 第 2 个水平编号(0. 3mm) 时。这种参数组合在前面正 交实验中没有出现过。因此需再设计一次实验来 验证这个参数组合的抗压强度是不是更好。最优 参数组合实验表见表 5。 表 5 最优参数组合实验表 激光功 率/ W 扫描速度 / (mm·s - 1 ) 扫描间 距/ mm 铺粉厚 度/ mm 最大抗 压力/ N 最大抗 压强度 / MPa 2 (25) 2 (15) 1 (0. 1) 2 (0. 3) 439 2. 485 8 通过实验得到了更大的抗压力为0. 439 0kN。 理论分析的最优参数组合得到了验证 ,最大抗压力 除于受力面积得到最大抗压强度为 2. 485 8MPa。 最优参数组合的制件抗压曲线如图 5 所示。 3 结束语 本文系统分析了 SLS 成形中工艺参数对制件 抗压强度的影响 ,对实验结果进行极差分析得出各 72 2008 年 9 月 中国制造业信息化 第 37 卷 第 17 期