基于响应面法的聚苯乙烯粉末选择性激光烧结成型工艺参数优化

以聚苯乙烯粉末为实验材料,以尺寸精度作为评价指标,研究了激光功率、扫描间距、单层厚度、扫描速度及它们的交互作用对选择性激光烧结制件成型精度的影响,通过响应面法建立了工艺参数与尺寸精度之间的数学模型,得出了最优的工艺参数。研究结果表明,尺寸偏差率随激光功率与扫描速度的增大而减小,随单层厚度的增大先增大后减小,随扫描间距的增大而增大;激光功率和单层厚度及扫描间距和单层厚度的交互作用对尺寸偏差率影响较显著;响应面预测值与实际值最大误差低于7%。     

基于响应面法的激光打孔工艺稳健性优化

将稳健设计方法应用于激光微细打孔工艺,以克服不确定因素带来的成形质量波动问题.通过考虑激光打孔工艺中噪声因素(加工时间、气体气压等)的随机不确定性对3个可控设计变量(脉冲能量、脉冲宽度和离焦量)的影响,对孔型出口直径进行了分析性稳健优化设计.首先,通过正交试验设计,利用响应面模型建立了质量指标与参数之间的显示二次回归方...     

基于响应面法的激光刻蚀制备铝合金疏水表面工艺参数研究

为探究皮秒激光的单脉冲能量、扫描次数、扫描速度、激光重复频率4个工艺参数对2024铝合金表面疏水性能的影响规律,搭建了皮秒激光加工试验平台,设计了四因素三水平的响应面试验,用Design-Expert12软件对工艺参数进行优化,得到最佳工艺参数组合,并通过试验验证了回归方程的准确性。根据响应面分析结果,单脉冲能量与扫描次数、扫描次数与扫描速度、扫描次数与激光重复频率对表面接触角度的交互影响作用显著。以表面接触角度为评价指标,各工艺参数对表面接触角度的影响因素大小排序为：单脉冲能量>扫描次数>扫描速度>激光重复频率。以表面接触角度最大为目标,得到优化后的工艺参数组合：单脉冲能量14μJ、扫描次数7次、扫描速度650 mm/s、激光重复频率2.2×10⁶ Hz。预测表面接触角度为147.5°,试验实际表面接触角度为150.3°,实际值与预测值的误差为1.9%。试验结果表明：通过响应面法对皮秒激光工艺参数进行优化后,建立的表面接触角度模型具有良好的预测能力,通过优化后的工艺参数对铝合金表面进行微结构刻蚀,可显著提高其表面疏水性能。     

基于正交试验和响应面法的激光抛光参数优化

在激光抛光金属材料时,材料表面的粗糙度是评判抛光效果的主要指标。采用正交试验及响应面法进行了激光抛光表面粗糙度试验设计。为了研究离焦量、激光功率、重复频率、扫描速度这四个因素对表面粗糙度的影响,设计了四因素三水平正交试验,对结果进行了极差分析和对比选优。之后利用响应面法设计了四因素三水平的Box-Behnken Design(BBD)试验,建立了表面粗糙度的数值模型,同时得到了优化的抛光工艺参数。正交试验极差优化得到的最低粗糙度为0.1178μm,略高于响应曲面优化得到的0.1112μm。当离焦量为3 mm,激光功率为29.825 W,重复频率为91.451 kHz,扫描速度为1749.794 mm/s时,TC4合金经过激光微抛光后,表面粗糙度由0.3247μm降低至0.1112μm。合适的工艺参数有助于获得良好的激光抛光效果及较低的表面粗糙度。     

基于响应面法的TC4钛合金激光熔覆工艺参数优化

以TC4钛合金粉末为试验材料,以熔覆层宽高比作为响应指标,研究激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层宽高比的影响,通过响应面法建立工艺参数与熔覆层宽高比之间的数学模型,获得优化的工艺参数。试验结果表明,激光功率和送粉速率对熔覆层宽高比的影响较大,熔覆层宽高比与激光功率呈正比,与送粉速率呈反比。优化的工艺参数为：激光功率2 500 W,扫描速度14.42 mm/s,送粉速率0.6 r/min。经试验验证,熔覆层宏观形貌质量良好,响应面预测值与实际值误差为3.7%。     

响应面分析法优化低碳钢薄板激光切割工艺参数

为了研究光纤激光加工工艺对Q235低碳钢薄板切割质量的影响,采用500 W光纤激光切割机对0.7 mm厚低碳钢板切割质量影响规律进行了研究。采用中心复合设计(Central Composite Design, CCD)进行实验设计,使用超景深显微镜对切割试样的切缝宽度和挂渣高度进行测量。实验结果表明：切缝宽度的大小主要由激光功率、切割速度、辅助气压力和离焦量决定;挂渣高度的大小主要决定于激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压力。建立评价切缝宽度和挂渣高度与工艺参数之间的回归模型,并对模型进行目标优化。结果表明,工艺参数组合为激光功率450 W,切割速度9 m/min,离焦量0 mm,辅助气压力0.564 MPa时可获得最优的切割质量。     

基于响应曲面法的激光透射连接聚合物工艺参数优化

激光透射连接以其快速、精确、柔性、较强环境适应性的局部连接和封装工艺,在工业、医学领域具有良好的应用前景。应用Dilas公司Compact130/140型半导体激光器对聚碳酸酯薄板进行了激光透射连接实验。使用响应曲面法进行实验设计,建立激光透射连接工艺参数的数学模型,并进行优化与分析。讨论了激光功率、激光扫描速度、模具压紧力、扫描次数等激光加工工艺参数对连接强度和接头连接区域宽度的交互影响趋势。结果表明,激光功率与激光扫描速度交互影响较大;增加激光功率,减小激光扫描速度,增加模具压紧力与扫描次数有利于提高连接质量。     

基于响应面法的激光诱导击穿光谱实验装置参数优化研究

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有无需制备样品、多元素同时测量和快速检测等优点,在物质检测领域得到了广泛应用,选择合适的实验装置参数是其取得良好检测效果的重要基础。在单因素实验的基础上,以激光能量、延迟时间和焦深为影响因素,以光谱信背比作为响应指标,建立了一种优化激光诱导击穿光谱实验装置参数的多因素响应面模型。研究了不同影响因素及它们之间的耦合作用对光谱质量的影响,得到的最优实验参数为激光能量114 mJ,延迟时间1.86μs,焦深1.75 mm。最后,对响应面法所得的最优实验参数进行实验验证,得出谱线信背比均值为7.45,较单因素实验法提高了1.92%,相对标准偏差为3.16%,较单因素实验法下降了0.94%。结果表明,响应面法比单因素实验法更加有效、可靠。     

灰色关联分析选区激光烧结成型研究

选区激光烧结(SLS)是重要的3D技术之一。烧结高分子材料成型过程中,材料的不均匀收缩导致制件翘曲变形及尺寸减小。而在烧结过程中工艺参数起着主要影响作用。激光烧结聚丙烯(PP)复合粉末成型过程中,采用各工艺参数不同水平组合烧结成型制件;用灰色关联分析法(GRA)研究工艺参数对成型精度的影响。结果表明,对于翘曲量及尺寸精度最重要的影响因子为扫描速度。综合工艺参数对翘曲量和尺寸误差的影响,得到激光烧结PP制件的优化工艺参数:扫描速度为1.9 m/s,激光功率为16.5 W,铺粉厚度为0.15 mm,扫描间距为0.12 mm。     

基于响应面的FeCoCrNi高熵合金激光定向能沉积工艺参数优化

激光定向能沉积为高熵合金提供一种柔性、快速、敏捷的制备方式,合理的单道工艺参数是保障成形顺利进行的关键。为研究FeCoCrNi高熵合金在激光定向能沉积过程中工艺参数对沉积形貌的影响,基于响应面法,研究了激光功率、送粉速率和扫描速率对稀释率和宽高比的影响规律,建立稀释率和宽高比的预测模型。结果表明,稀释率、宽高比与送粉速率呈负相关关系,与激光功率、扫描速率呈正相关关系。经试验验证,稀释率和宽高比的预测误差分别为2.29%和4.45%,所建立的模型与试验结果吻合较好。     

纳米Al2O3激光烧结快速成型试验初探

将快速成型技术引入纳米材料成型领域,在Al2O3纳米粉末的选择性激光烧结试验基础上,系统分析了纳米陶瓷材料激光烧结工艺的影响因素,初选了烧结参数,得到了较为合理的纳米Al2O3粉末激光烧结工艺。通过多层烧结试验对其进行了验证,对烧结制件进行了成分、微观组织等检测分析。试验表明,采用得到的选择性激光烧结工艺,可以实现纳米Al2O3的自由成型,烧结制件内部组织保持纳米结构,材料晶粒尺寸基本不长大。     

铜基金属粉末选区激光烧结的工艺研究

优化工艺参数（激光功率275～1125W，扫描速率0．04～0．06m／s，扫描间距0．15～0．30mm），对多组份铜基金属粉末（组份包括纯Cu，预合金CuSn和预合金CuP）进行了选区激光烧结（SLS）实验，其成形机制为粉末部分熔化状态下的液相烧结机制。在保证适宜的成形机制的前提下，研究了激光功率、扫描速率、扫描间距、铺粉厚度等工艺参数对烧结组织及性能的影响。结果表明，适当增加激光功率或减小扫描速率能改善烧结致密度及组织连续性。减小扫描间距致使烧结线从断续分布连续转变为较为平整的结合状态，组织致密性及均匀性显著提高。减小铺粉厚度有利于改善层问结合性；但最小铺粉厚度需适当选择，否则会因凝固收缩效应及铺粉不均匀性而降低烧结致密度。     

面齿轮飞秒激光精修工艺参数优化实验研究

飞秒激光精修面齿轮材料18Cr2Ni4WA的烧蚀区域表面形貌与激光工艺参数直接相关。为了获得更好的烧蚀区域表面形貌,设计三因素三水平的正交试验,并通过信噪比分析激光重复频率、能量密度和扫描速度对烧蚀区域深度和表面粗糙度的影响,获得了单一响应目标最佳时的工艺参数组合。结合灰色关联法综合优化两个响应目标,得到最优的工艺参数组合为重复频率200kHz,能量密度35J/cm2,扫描速度110mm/s。通过最优工艺参数验证试验,发现优化后的表面形貌综合质量更佳,证明了灰色关联法多响应目标优化的可靠性,为改善飞秒激光精微加工面齿轮材料表面形貌质量提供了一种有效方法。     

选区激光熔化成型悬垂结构的计算机辅助工艺参数优化

为了提高选区激光熔化(SLM)成型悬垂结构的质量,从调节成型方向和能量输入入手研究悬垂结构的计算机辅助工艺参数优化。以减小零件模型整体难成型悬垂面的面积为目标,以零件模型非成型方向的两个旋转角度为优化变量,建立成型方向的优化模型,并基于遗传算法实现优化模型参数的求解。通过遍历零件模型中的所有三角面片,建立倾斜角静态查找表,并在成型时查表实现能量输入的实时调节。实验结果表明,经成型方向优化,零件模型难成型悬垂面的面积从555.12mm2减小为16.211mm2,所需支撑数量明显减少;成型后所得零件无明显悬垂物和翘曲变形,成型质量明显改善。     

基于响应面分析的T型接头激光深熔焊焊缝形貌预测及工艺参数优化

为了预测激光深熔焊T型接头的焊缝形貌并优化工艺参数,基于响应面分析的方法,建立了激光深熔焊工艺参数与焊缝形貌特征参数之间的数学模型,进行了方差分析、模型验证。基于所建模型,研究了工艺参数对焊缝形貌的影响规律,并对工艺参数进行了优化,从而实现了对焊缝形貌的预测。结果表明,所建立模型能够准确预测焊缝形貌,预测值与实验值误差很小,经优化的工艺参数既满足焊缝形貌要求也可降低热输入约27%。     

激光熔覆Ni45A工艺参数敏感性分析

针对激光熔覆Ni45A成形控制问题,采用响应面中心复合设计方法,建立工艺参数与熔覆层几何特性之间的数学模型,分析激光功率、扫描速度、气流量对熔覆层几何特性的影响规律,并通过敏感性分析方法,获得熔覆层几何特性对工艺参数的敏感性。结果表明,增大激光功率,降低扫描速度,有利于增大熔高、熔宽和熔覆层面积,熔池中输入能量的大小是影响熔覆层形貌的主要因素。此外,敏感性分析表明熔覆层几何特性对激光功率最为敏感。研究结果为激光熔覆Ni45A几何特性提供了敏感特性图,为进一步有效地控制熔覆层成形质量提供了理论依据。     

基于响应面法的玻璃激光焊接焊缝及气孔研究

为了获得气孔率低、玻璃料完全熔化、形貌良好的焊缝, 采用响应面法中的设计原理, 建立了玻璃激光焊接中焊缝缺陷面积占比率与工艺参数(预烧结峰值温度、激光功率、焊接速率和离焦量)的数学模型。基于所建模型, 理论分析了各工艺参数对焊缝缺陷面积占比率的交互影响趋势, 并对工艺参数进行了优化。结果表明, 在预烧结峰值温度为440℃、激光功率为37W、焊接速率为0.1m/min、离焦量为14.4mm的优化参数下进行实验, 焊缝中气孔面积和玻璃料未完全熔融面积之和仅占焊缝总面积的0.512%, 与模型预测结果吻合, 焊缝表面形貌良好, 焊缝剪切强度为17.765MPa, 高于标准值。该模型优化出的工艺参数是合理的, 该研究有助于提高玻璃激光焊接质量。