16、金属增材制造与PLA支架打印参数优化

金属增材制造与PLA支架打印参数优化

1. 金属增材制造中的激光功率自适应算法

在固体的热传导过程中，热量流动的可用横截面积是决定熔池总热通量的关键因素。相较于厚实的板材，薄壁或细柱提供的热通量横截面积要小得多。熔池周围工件的几何形状对热通量影响极大，且这种影响会随着距离的增加而减弱，因为热量会通过热辐射和对流进行分散或消散。因此，即使加工起始温度相同，创建相似熔池所需的激光功率也取决于局部几何形状。

为了实现根据零件的厚实程度自适应调整激光功率，开发了一种基于MATLAB的CAM软件。该软件的工作流程如下：
1. 工具路径生成 ：为给定的CAD模型创建工具路径，并以恒定距离（通常为熔池大小）添加点。对于路径上的每个点，将适配的激光功率分配到NC代码中。只要已知熔池的宽度和高度，任何CAM软件生成的NC代码都可作为工具路径的输入。
2. 设计空间离散化 ：将零件的设计空间离散化为一个默认值为0（表示“空”）的三维矩阵。通过模拟工具路径，虚拟熔池将相应的矩阵元素改为1，以表示沉积的材料，并生成所构建零件的数字孪生模型。
3. 控制体积设定 ：在熔池周围设定一个更大的控制体积，以表示热通量的可用横截面积。控制体积在横向呈圆形，向下呈抛物线形，仅有三个模拟参数，即离散化步长、横向半径rxy和控制体积深度rz。
4. 几何因子计算 ：对于每个点，算法使用数字孪生模型的矩阵计算控制体积内基板或沉积材料的比例j，该比例被称为“几何因子”，是衡量周围工件厚实程度的指标。

通过对各种几何形状的构建验证了该C