晶格結構的選區雷射熔化:工藝與力學性能的統計方法研究

2021-01-21 騰訊網

鈦鉭合金具有替代工業純鈦和Ti6Al4V鈦合金作為生物醫用材料的潛力。使用選區雷射燒結（SLM）製造的蜂窩晶格結構即使具有相同的晶胞，但由於工藝參數的影響，使得彈性常數範圍在Gpa和Gpa之間，因此控制加工蜂窩晶格結構的工藝參數以獲得期望的力學性能顯得至關重要。

為了解決上述問題，來自新加坡南洋理工大學的Swee Leong Sing等人使用回歸分析和方差分析的統計方法研究SLM的加工工藝參數（雷射功率（L）、掃描速度（S）和分層厚度（L））對蜂窩晶格結構的尺寸精度（如圖1）和力學性能（孔隙率、彈性常量和屈服強度）的影響。蜂窩晶格結構是專門設計的，具有水平、豎直和傾斜的支柱，支柱的直徑大小和雷射光斑大小一致，如圖2所示。尺寸精度使用顯微照片測量，力學性能通過壓縮實驗測得。

圖1 晶格結構的LOM圖像（a）xy平面（b）yz平面

圖2 蜂窩晶格結構的CAD模型

圖1中是平面內水平支柱的尺寸，是平面內水平支柱的尺寸，是豎直支柱的尺寸，是傾斜支柱的尺寸。使用回歸分析得到的尺寸精度經驗公式如下：

用SLM關鍵工藝參數表示的力學性能經驗公式為：

進行敏感性分析結果表明，與雷射功率和掃描速度相比，水平支柱的尺寸對層厚最敏感；對於豎直和傾斜支柱來說，相比於層厚和掃描速度，其尺寸對雷射功率最敏感，而且只對雷射功率敏感，對雷射功率的敏感性要遠高於層厚和掃描速度。孔隙率和彈性常量對雷射功率的敏感性要高於層厚和掃描速度，屈服強度對雷射功率和掃描速度敏感，對層厚不太敏感。

本文採用回歸分析方法，定量分析了SLM工藝參數對晶格結構尺寸和力學性能的影響，通過對工藝參數的精心控制，不僅可以提高晶格結構的尺寸準確性，還能更好地控制力學性能。

參考文獻：

Sing, S. L., Wiria, F. E., & Yeong, W. Y. (2018). Selective laser melting of lattice structures: A statistical approach to manufacturability and mechanical behavior.

Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 49, 170–180.

https://doi.org/10.1016/j.rcim.2017.06.006

供稿人:魏超，李滌塵

供稿單位：機械製造系統工程國家重點實驗室

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