增材制造中滚筒铺粉工艺参数对尼龙粉体铺展性的影响研究

铺粉工艺是基于粉床的增材制造(additive manufacturing,AM)技术中的关键工序之一.滚筒铺粉工艺参数包括铺粉层厚H,滚筒直径D,滚筒的旋转速度ω和平移速度V,对增材制造工艺中的粉体铺展性具有重要影响.本文以尼龙粉体为研究对象,采用离散元法(discrete element method,DEM)模拟其滚筒铺展过程,建立沉积分数、覆盖率和沉积速率3个铺展性指标.采用中心复合设计(central composite design,CCD)生成30组仿真案例,通过响应曲面法(response surface methodology,RSM)拟合了3个铺展性指标的回归模型.采用方差分析证明了回归模型的准确性和预测的有效性,并详细分析了工艺参数对粉体铺展性指标的影响规律.结果表明,铺粉层厚H是最大的影响因素,平移速度V是次要的影响因素,滚筒直径D和滚筒的旋转速度ω对粉体铺展性指标影响较小,HV和DV为影响粉体铺展性指标的主要交互因素.以3个铺展性指标为优化目标,采用期望值法对滚筒铺粉工艺参数进行多目标优化,获得了预测的最优铺粉工艺参数和粉体铺展性指标组合,并通过实验验证了粉体铺展性指标的预测结果与实验结果吻合良好.本文的研究结果可指导增材制造中滚筒铺粉工艺参数的优化.