一种高通量增材制造工艺试样设计方法和系统

本发明涉及工艺制造，尤其涉及一种高通量增材制造工艺试样设计方法。

背景技术：

1、增材制造，又称为3d打印，是一种用于固体零件快速柔性生产的原型技术，极具发展潜力，是未来制造的主流发展方向。增材制造工艺的技术难点在于工艺参数的控制，存在一条参数-组织-性能的关系链，且成形工件的性能对于工艺参数的敏感度很高。合理的工艺参数，才能保证工件的顺利成形，才能保证成形工件的组织、性能、尺寸精度和缺陷控制达到要求。然而增材制造的工艺参数众多(以激光选区融化为例，包括激光相关参数、激光扫描相关参数、金属粉末相关参数、温度相关参数等)，参数取值范围较大，属于典型的多因素、多水平问题。而且参数的波动，对打印产品质量的稳定性也有显著影响。若采用传统的试错模式进行增材制造工艺参数研究，效率低、周期长、成本高。另一方面，由于增材制造机制还未全面彻底搞清楚，采用数值模拟方法优化增材制造工艺方面有一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高通量增材制造工艺试样设计方法，该方法能够实现高效率测试众多增材制造工艺参数组合下的增材制造工件质量，得到最佳增材制造的工艺参数组合。

2、本发明提出一种高通量增材制造工艺试样设计方法，包括：

3、设计增材制造工艺参数组合的试样；

4、根据试样的性能测试结果，获取最佳工艺参数组合。

5、设计增材制造工艺参数组合的试样包括：

6、设计高通量参数打印试样，在试样上沿高度方向分为测试层和标准层间隔排列，即一层标准层，一层测试层，起始为标准层，测试层为s层；

7、每层测试层分成正交分布的p×q区域，即p行、q列，测试层的区域分为两类，一类为测试区域，另一类为标准区域，测试区域和标准区域交替排列，每个测试区域为一组工艺参数组合，不发生变化。

8、测试层具体包括：

9、测试层按照田口实验设计方法进行设计，选取3至20个增材制造的影响因素，每个因素设定为2至3个因素水平，根据因素数量和因素水平选择适用的正交设计表ln(mf)正交表，其中f为因素个数，m为因素水平数，n为总的方案数，此表作为内正交表，有n组方案；

10、采用lt(3f)正交表，作为外正交表，有t组方案，内正交表的每个方案对应一个外正交表，t组方案，共计n×t组实验方案，测试层按照n×t组实验方案进行布置，即每个外正交表的每一个方案对应一个测试区域块，测试层的方案布置顺序为内层循环为外正交表，外层循环为内正交表，水平试样的尺寸按照每层测试区域块数要大于一个外正交表方案数，即(p×q)/2>t，使得一个测试层可以打印一个外正交表的所有方案。

11、标准层具体包括：

12、所有的标准层和测试层的标准区域都采用统一的工艺参数，并且该组工艺参数是成形质量好的参数。

13、根据试样的性能测试结果，获取最佳工艺参数组合具体包括：

14、获取试样的组织性能和材料性能；

15、获取试样的微观力学性能；

16、选出最佳工艺参数组合。

17、获取试样的组织性能和材料性能具体包括：

18、将打印完成后的试样，沿x、y、z方向逐层切割，切割层的厚度为标准层和测试层厚度之和的一半，逐个对每个测试区域块进行高通量组织和材料分析，直接得到各工艺参数的对比图；

19、建立各工艺参数与孔洞缺陷的对应关系，将得到的结果：二次枝晶臂间距、孔洞直径分别填入田口实验设计对应的内外正交表，计算各外正交表方案的信噪比，再计算内正交表方案的信噪比，选择出该角度最优的工艺参数方案。

20、获取试样的微观力学性能具体包括：

21、将打印完成后的试样，沿x、y、z方向逐层切割，切割层的厚度为标准层和测试层厚度之和的一半，逐个对每个测试区域块进行微观力学性能测试，得到各工艺参数下的性能的对比图；

22、建立各参数和性能的对应关系，将得到的性能数值直接填入田口实验设计对应的内外正交表，计算各外正交表方案的信噪比，再计算内正交表方案的信噪比，选择出该角度最优的工艺参数方案。

23、一种高通量增材制造工艺试样设计系统，所述系统包括：

24、设计模块，用于设计增材制造工艺参数组合的试样；

25、测试模块，用于根据试样的性能测试结果，获取最佳工艺参数组合。

26、一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的一种高通量增材制造工艺试样设计构建方法。

27、一种储存介质，该储存介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，处理器执行存储器存储的计算机程序时，实现上述的一种高通量增材制造工艺试样设计构建方法。

28、本发明在同一试样中实现了多组合工艺参数的增材制造设计，相较于现有技术一个试样只有一组工艺参数设计，可以大大节约测试工艺参数的成本，传统测试工艺参数组合需要打印很多试样，而本发明只需要打印一个试样就可以实现多组合工艺参数的测试，并且本发明可以对多组合工艺参数同时进行测量，实现了高通量测试，比现有技术一次测一个工艺参数组合的方法效率要高很多，可以快速找到增材制造的最佳工艺参数，解决了传统的试错模式进行增材制造工艺参数组合研究的效率低、周期长、成本高的问题。

技术特征：

1.一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，所述设计增材制造工艺参数组合的试样包括：

3.根据权利要求2所述的一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，所述测试层具体包括：

4.根据权利要求2所述的一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，所述标准层具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，所述根据试样的性能测试结果，获取最佳工艺参数组合具体包括：

6.根据权利要求5所述的一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，所述获取试样的组织性能和材料性能具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种高通量增材制造工艺试样设计方法，其特征在于，所述获取试样的微观力学性能具体包括：

8.一种高通量增材制造工艺试样设计系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，所述计算机设备执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种存储介质，其特征在于，存储程序，所述程序被处理器执行时，所述处理器执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。

技术总结
本发明的目的是提供一种高通量增材制造工艺试样设计方法和系统，属于工艺制造技术领域，该方法包括：设计增材制造工艺参数组合的试样；根据试样的性能测试结果，获取最佳工艺参数组合。本发明能够实现高效率测试众多增材制造工艺参数组合下的增材制造工件质量，得到最佳增材制造的工艺参数组合。

技术研发人员：康进武,王建庄
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12