CN116493605A - 稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，包括设计试样尺寸，构建试样三维模型，再生成MTT格式的增材制造文件；获得铝合金粉末和稀土粉末的混粉；设定激光功率、扫描间距以及扫描速度的工艺参数范围，采用全因子试验设计工艺参数表；完成试样打印；获取试样的抗拉强度；采用全因子试验判定选定的工艺参数区域是否已经达到响应变量的最优区域，设计中心复合序贯响应曲面试验，建立工艺参数对抗拉强度的回归模型，绘制响应曲面等值线图，获取优化的工艺参数。本发明优选方法只需少量试验，即可获取优化的工艺参数，得到性能最优的试样，有效提高了激光选区熔化工艺参数优化自动化水平，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末的加工技术领域，具体涉及一种稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法。
背景技术
7075高强铝合金由于低密度、高比强度、低热膨胀系数以及良好的耐腐蚀性，在民用和军工领域中具有重要的研究价值与应用潜力。近年来随着军事需求的强力牵引和新技术发展的有力推动，对7075高强铝合金复杂结构制造提出高精度、高可靠性以及装备制造一体化、快速化、智能化等要求，特别对于变截面非连续变化复杂部件的精密成型。激光选区熔化技术具有成形组织细小、性能优良、加工材料选择范围广、制造结构件复杂且材料利用率高等特点，是目前制备高精度、高性能复杂构件的重要方法之一。如果能理清激光选区熔化技术打印7075合金的基础科学问题，制备出少缺陷（或无缺陷）、高精度、高性能的7075高强铝合金构件，对解决我国在国防、航空航天、汽车工业等领域关键部件存在的问题具有重要意义。
然而，由于激光选区熔化技术需要设置激光功率、扫描间距以及扫描速度等工艺参数，如果通过人工随机设置工艺参数，不仅试验次数巨大成本高昂，而且难于打印出性能最优的试样，严重制约了激光选区熔化技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，该优化方法基于响应曲面法，只需进行少量的试验，即可获取优化的工艺参数，得到性能最优的试样，有效提高了激光选区熔化工艺参数优化自动化水平，大幅降低了制造成本。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，所述优化方法包括如下步骤：
（a）设置激光选区熔化设备扫描策略、层间厚度和层间扫描方向角度变化值，设计试样尺寸，采用三维建模软件构建试样三维模型，再将三维模型导入QuantAM软件中，排布试样，对模型进行切片处理，规划每层切片激光的扫描路径，生成MTT格式的增材制造文件；
（b）选定铝合金成分及稀土添加量，烘干铝合金粉末及稀土粉末，对烘干的粉末进行混粉；
（c）设定激光功率、扫描间距以及扫描速度的工艺参数范围，采用全因子试验设计工艺参数表；
（d）清理试验用具及设备，安装基板及刮刀，调整刮刀高度，进行铺粉工序，调整基板高度，使第一层粉末高度与设置的层间厚度相同，按照工艺参数表对激光功率、扫描间距和扫描速度进行设置，并将生成的MTT格式文件传输给激光选区熔化设备，完成激光选区熔化前的准备工作，运行激光选区熔化设备，完成试样打印；
（e）采用线切割将试样从基板上切下，使用砂纸打磨试样至无宏观划痕，标记原始标距，测量试样平行端长度的宽度与厚度，夹持试样，完成试样拉伸性能测试，获取试样的抗拉强度；
（f）采用全因子试验判定选定的工艺参数区域是否已经达到响应变量的最优区域，设计中心复合序贯响应曲面试验，建立工艺参数对抗拉强度的回归模型，删除模型中不显著项，优化回归模型，绘制响应曲面等值线图，获取优化的工艺参数。
优选地，所述步骤（a）中，设置激光选区熔化设备扫描策略为MEANDER，层间厚度为30μm，层间扫描方向角度变化值为67°。
优选地，所述步骤（a）中，采用三维建模软件UG构建激光选区熔化试样三维模型，三维模型输出格式为STL。
优选地，所述步骤（b）中，烘干温度为100~120℃，时间为1.5~2.5h。
优选地，所述步骤（b）中，混粉具体包括：先将烘干的铝合金粉末以及一半的稀土粉末装入V形混粉机中混粉0.8~1.2h，混粉结束后，将另一半的稀土粉末装入V形混粉机中继续混粉0.8~1.2h。
优选地，所述步骤（c）中，激光功率设定范围为300~400W，扫描间距设定范围为80~120μm，扫描速度设定范围为800~2000mm/s。
优选地，所述步骤（c）中，全因子试验设计中创建因子数为3，中心点数为4。
优选地，所述步骤（d）中，完成激光选区熔化前的准备工作包括：开启气瓶，使用镜头清洁湿巾擦拭激光镜片，使用酒精滴湿无纺布擦拭舱门关合处。
优选地，所述步骤（d）中，运行激光选区熔化设备包括：舱内抽真空，排除舱内气氛，向舱内灌输高纯氩气，进入模拟打印过程，如无其他故障，正式开始打印试件。
优选地，所述步骤（e）中，采用线切割将试样从基板上切下后，置于无水乙醇溶液中进行清洗，再依次使用240#、400#、600#和800#的砂纸打磨试样至无宏观划痕。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明优选方法基于响应曲面法，只需进行少量的试验，即可获取优化的工艺参数，得到性能最优的试样，有效提高了激光选区熔化工艺参数优化自动化水平，使制造成本大幅降低，为进一步推广高强铝合金激光选区熔化技术奠定可靠基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的拉伸试样尺寸；
图3、图4和图5为本发明实施例提供的全因子试验残差对于各自变量的散点图；
图6为本发明实施例提供的抗拉强度测试结果分布图；
图7为本发明实施例提供的优化模型前各项显著性水平；
图8为本发明实施例提供的优化模型后各项显著性水平；
图9、图10和图11为本发明实施例提供的响应曲面等值线图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本发明实施例提供了一种稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，如图1所示，所述优化方法包括如下步骤：
（a）设置激光选区熔化设备扫描策略、层间厚度和层间扫描方向角度变化值，设计试样尺寸，采用三维建模软件构建试样三维模型，再将三维模型导入Renishaw激光选区熔化设备配套的QuantAM软件中，排布试样，对模型进行切片处理，规划每层切片激光的扫描路径，生成MTT格式的增材制造文件；
（b）选定铝合金成分及稀土添加量，烘干铝合金粉末及稀土粉末，对烘干的粉末进行混粉；
（c）设定激光功率、扫描间距以及扫描速度的工艺参数范围，采用全因子试验设计工艺参数表；
（d）使用酒精滴湿无纺布擦拭基板、刮刀和打印仓，更换刮刀中的刮刀条，清理溢流瓶中的废粉，将基板置于工作台上的底座上，使用四枚固定螺丝进行固定，确保基板牢牢固定于工作台上，将刮刀高度略微升高防止与基板相撞，关闭舱门，在操作平台上控制基板下降，停留在略高于工作台位置，控制刮刀前进至基板中间，打开舱门调整刮刀高度使其与基板大致接触，在刮刀与基板间隙左右两端放置两张纸条，调整刮刀高度，当抽拉左右两侧纸条都有明显阻力且相同时，刮刀高度调整完成，将完成混粉的粉末倒入粉仓，进行铺粉工序，调整基板高度，使第一层粉末高度与设置的层间厚度相同，按照工艺参数表对激光功率、扫描间距和扫描速度进行设置，并将生成的MTT格式文件传输给激光选区熔化设备，完成激光选区熔化前的准备工作，运行激光选区熔化设备，完成试样打印；
（e）采用线切割将试样从基板上切下，使用砂纸打磨试样至无宏观划痕，标记原始标距，测量试样平行端长度的宽度与厚度，夹持试样，完成试样拉伸性能测试，获取试样的抗拉强度；
（f）采用全因子试验判定选定的工艺参数区域是否已经达到响应变量的最优区域，设计中心复合序贯响应曲面试验，建立工艺参数对抗拉强度的回归模型，删除模型中不显著项，优化回归模型，绘制响应曲面等值线图，获取优化的工艺参数。
在一些实施方式中，步骤（a）中，设置激光选区熔化设备扫描策略为MEANDER，层间厚度为30μm，层间扫描方向角度变化值为67°。
本发明对试样尺寸以及三维模型的构建不作严格限制，可以根据本领域常规方法进行设置，在一实施方式中，可以根据GB／T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》，设计激光选区熔化试样尺寸，具体地，如图2所示，试样截面为矩形，试样厚度2mm；
在一些实施方式中，可以采用三维建模软件UG构建激光选区熔化试样三维模型，三维模型输出格式为STL。
为了提高激光选区熔化试样的打印效率，在一实施方式中，激光选区熔化设备中基板尺寸为78mm*78mm*10mm，通过在基板上均匀排布8个试样，每个试样可以单独设置工艺参数，从而提高激光选区熔化试样打印效率；此外，还可以在试样侧面添加文字标识，便于不同工艺参数试样的识别。
本发明中对铝合金成分及稀土种类以及添加量不作严格限制，在一些实施方式中，选用的7075铝合金粉末的成分为：90.52% Al、5.17% Zn、2.36% Mg、1.47% Cu、0.27%Si、0.21% Cr，粉末粒径为15~53μm。稀土可以为YSi2，粒径为10μm，添加量可以为3%。在其他实施方式中，稀土可为ScB2、CeB6或LaB6，粒径为10μm，添加量可以为1%。
为了尽可能的降低激光选区熔化试样中的气孔缺陷，在一实施方式中，可以对铝合金成分及稀土进行烘干处理，具体地，烘干温度可以为100℃、110℃或120℃，烘干时间可以为1.5h、2h或2.5h。
为了提高铝合金以及稀土的混合效果，在一实施方式中，混粉具体包括：先将烘干的铝合金粉末以及一半的稀土粉末装入V形混粉机中混粉0.8~1.2h，混粉结束后，将另一半的稀土粉末装入V形混粉机中继续混粉0.8~1.2h。通过上述特定的混合方式，能够充分混匀铝合金和稀土，提高制备试件的质量稳定性。
在本发明中，可以根据稀土7075铝合金激光选区熔化工艺特点，设定激光功率、扫描间距以及扫描速度的工艺参数范围；在一些实施方式中，激光功率设定范围为300~400W，扫描间距设定范围为80~120μm，扫描速度设定范围为800~2000mm/s。
本发明中对全因子实验设计不作严格设置，本领域技术人员可以根据实际需要进行常规设置，在一实施方式中，全因子试验设计中创建因子数为3，中心点数为4，各工艺参数水平编码表如表1所示，工艺参数表如表2所示；
表1工艺参数水平编码表
| 水平 | 激光功率(W) | 扫描间距(μm) | 扫描速度(mm/s) |
| -1 | 300 | 80 | 800 |
| 0 | 350 | 100 | 1400 |
| 1 | 400 | 120 | 2000 |
表2 全因子试验工艺参数表
| 运行序 | 激光功率 | 扫描间距 | 扫描速度 |
| 1 | 350 | 100 | 1400 |
| 2 | 300 | 80 | 2000 |
| 3 | 300 | 80 | 800 |
| 4 | 300 | 120 | 2000 |
| 5 | 350 | 100 | 1400 |
| 6 | 400 | 80 | 2000 |
| 7 | 400 | 80 | 800 |
| 8 | 350 | 100 | 1400 |
| 9 | 400 | 120 | 800 |
| 10 | 300 | 120 | 800 |
| 11 | 350 | 100 | 1400 |
| 12 | 400 | 120 | 2000 |
在本发明中将完成混粉的粉末倒入粉仓，进行铺粉工序，调整基板高度，使第一层粉末高度与设置的层间厚度相同具体可以包括：将混粉后的粉末倒入粉仓，进行铺粉工序，每次倒粉量控制在50ml以内，使用手柄对粉末进行按压，按压至两次按压没有明显痕迹即可，粉仓铺满后，关闭舱门，控制刮刀向前移动，观察基板上粉末的厚度，激光选区熔化过程中除第一层刮刀刮粉厚度需要人工调整，其他层均由设备自动调整，第一层刮刀刮粉厚度按照如下方法调整：如果粉末过厚，则适当将基板的高度上升，重新再次移动刮刀，如果基本上没有粉末，则适当降低基板的高度，重新再次移动刮刀，直至粉末高度与设置的30μm层厚大致相同。
在本发明中对完成激光选区熔化前的准备工作和运行激光选区熔化设备的不作严格限制，可以采用本领域的常规操作工艺，例如，在一实施方式中，完成激光选区熔化前的准备工作包括：开启气瓶，检查气瓶压力，若气瓶压力少于5MPa，则需要更换气瓶；激光选区熔化过程中使用纯度为99.999%的高纯氩气作为保护气体；使用镜头清洁湿巾擦拭激光镜片，使用酒精滴湿无纺布擦拭舱门关合处，确保舱内有良好的密封状态。
在另一实施方式中，运行激光选区熔化设备包括：舱内抽真空，排除舱内气氛，向舱内灌输高纯氩气，进入模拟打印过程，如无其他故障，正式开始打印试件。
在一些实施方式中，采用线切割将试样从基板上切下，使用砂纸打磨试样至无宏观划痕具体包括：采用线切割将试样从基板上切下后，置于无水乙醇溶液中进行清洗，再依次使用240#、400#、600#和800#的砂纸打磨试样至无宏观划痕。
在一些实施方式中，夹持试样，确保试样受轴向拉力作用，试验速率设置为0.5mm/min，完成试样拉伸性能测试；
在一实施方式中，可以使用楔形夹头夹持试样，尽最大努力确保试样受轴向拉力作用，减小附加弯矩对拉伸的影响，试验速率设置为0.5mm/min，完成试样拉伸性能测试。
在拉伸性能测试中，将万能试验机测得的试验最大力与试样截面积作比值即可得到抗拉强度，每一工艺参数条件下作3次拉伸实验，求其平均值，得到该工艺参数条件下试样的抗拉强度；通过多次实验，可减少误差。
在一实施方式中，步骤（f）具体可以为：
按照步骤（c）中设计的全因子试验工艺参数表，制备激光选区熔化试样，根据步骤（e）中的方法，获取试样抗拉强度，测试结果如表3所示；
表3
| 运行序 | 激光功率 | 扫描间距 | 扫描速度 | 抗拉强度 |
| 1 | 350 | 100 | 1400 | 291.10 |
| 2 | 300 | 80 | 2000 | 398.67 |
| 3 | 300 | 80 | 800 | 452.49 |
| 4 | 300 | 120 | 2000 | 323.99 |
| 5 | 350 | 100 | 1400 | 253.67 |
| 6 | 400 | 80 | 2000 | 407.12 |
| 7 | 400 | 80 | 800 | 391.41 |
| 8 | 350 | 100 | 1400 | 353.87 |
| 9 | 400 | 120 | 800 | 446.99 |
| 10 | 300 | 120 | 800 | 448.76 |
| 11 | 350 | 100 | 1400 | 286.24 |
| 12 | 400 | 120 | 2000 | 387.90 |
选择试样抗拉强度作为响应变量，设定模型包含全部因子的主效应以及二阶交互效应，分析因子设计，工艺参数对抗拉强度的方差分析结果如表4所示。
表4 工艺参数对抗拉强度的方差分析结果
| 来源 | 自由度 | Adj SS | Adj MS | F 值 | P 值 |
| 模型 | 6 | 12978.3 | 2163.0 | 0.28 | 0.921 |
| 线性 | 3 | 6391.2 | 2130.4 | 0.28 | 0.838 |
| 激光功率 | 1 | 11.3 | 11.3 | 0.00 | 0.971 |
| 扫描间距 | 1 | 221.0 | 221.0 | 0.03 | 0.871 |
| 扫描速度 | 1 | 6158.8 | 6158.8 | 0.81 | 0.410 |
| 因子交互作用 | 3 | 6587.1 | 2195.7 | 0.29 | 0.833 |
| 激光功率*扫描间距 | 1 | 1646.5 | 1646.5 | 0.22 | 0.662 |
| 激光功率*扫描速度 | 1 | 2285.2 | 2285.2 | 0.30 | 0.607 |
| 扫描间距*扫描速度 | 1 | 2655.4 | 2655.4 | 0.35 | 0.581 |
| 误差 | 5 | 38085.9 | 7617.2 | ||
| 弯曲 | 1 | 32824.2 | 32824.2 | 24.95 | 0.008 |
| 失拟 | 1 | 1.9 | 1.9 | 0.00 | 0.976 |
| 纯误差 | 3 | 5259.8 | 1753.3 | ||
| 合计 | 11 | 51064.2 |
表4中，弯曲项为0.008，小于显著性水平0.05，表明当前工艺参数区域已经达到响应变量的最优区域；残差对于各自变量的散点图，如图3、图4、图5所示。从图3、图4、图5中可以看出，残差在中心点处弯曲，表明全因子二阶模型曲率显著，可以进一步实施响应曲面设计；
在全因子实验基础上，通过增加轴点和中心点，设计中心复合序贯响应曲面试验。按照表5中设计的中心复合序贯响应曲面试验工艺参数表，制备激光选区熔化试样，根据步骤（e）中的方法，获取试样抗拉强度，测试结果如表5所示，其中轴点系数α取1.682，中心点数为6。
表5中心复合序贯响应曲面试验设计测试结果
| 运行序 | 激光功率 | 扫描间距 | 扫描速度 | 抗拉强度 |
| 1 | 350 | 100 | 1400 | 291.10 |
| 2 | 400 | 120 | 800 | 446.99 |
| 3 | 300 | 80 | 2000 | 398.67 |
| 4 | 350 | 120 | 1400 | 234.06 |
| 5 | 400 | 80 | 800 | 391.41 |
| 6 | 350 | 100 | 1400 | 253.67 |
| 7 | 300 | 100 | 1400 | 292.59 |
| 8 | 350 | 100 | 2000 | 245.60 |
| 9 | 350 | 80 | 1400 | 324.91 |
| 10 | 350 | 100 | 1400 | 286.24 |
| 11 | 400 | 100 | 1400 | 215.36 |
| 12 | 350 | 100 | 800 | 400.98 |
| 13 | 300 | 120 | 800 | 448.76 |
| 14 | 300 | 80 | 800 | 452.49 |
| 15 | 350 | 100 | 1400 | 353.87 |
| 16 | 350 | 100 | 1400 | 348.05 |
| 17 | 400 | 120 | 2000 | 387.90 |
| 18 | 350 | 100 | 1400 | 259.14 |
| 19 | 400 | 80 | 2000 | 407.12 |
| 20 | 300 | 120 | 2000 | 323.99 |
选择试样抗拉强度作为响应变量，测试结果分布图如图6所示。从图6中可以看出，抗拉强度测试结果没有出现奇异点。设定模型包含全部因子的主效应、平方项以及二阶交互效应，分析响应曲面设计，工艺参数对抗拉强度的方差分析结果如表6所示；
表6工艺参数对抗拉强度的方差分析结果
| 来源 | 自由度 | Adj SS | Adj MS | F 值 | P 值 |
| 模型 | 9 | 82472 | 9163.6 | 3.28 | 0.039 |
| 线性 | 3 | 16464 | 5488.0 | 1.97 | 0.183 |
| 激光功率 | 1 | 459 | 458.6 | 0.16 | 0.694 |
| 扫描间距 | 1 | 1766 | 1766.2 | 0.63 | 0.445 |
| 扫描速度 | 1 | 14239 | 14239.3 | 5.10 | 0.048 |
| 平方 | 3 | 59421 | 19807.0 | 7.09 | 0.008 |
| 激光功率*激光功率 | 1 | 224 | 224.4 | 0.08 | 0.783 |
| 扫描间距*扫描间距 | 1 | 3281 | 3281.2 | 1.18 | 0.304 |
| 扫描速度*扫描速度 | 1 | 16880 | 16880.3 | 6.05 | 0.034 |
| 双因子交互作用 | 3 | 6587 | 2195.7 | 0.79 | 0.528 |
| 激光功率*扫描间距 | 1 | 1647 | 1646.5 | 0.59 | 0.460 |
| 激光功率*扫描速度 | 1 | 2285 | 2285.2 | 0.82 | 0.387 |
| 扫描间距*扫描速度 | 1 | 2655 | 2655.4 | 0.95 | 0.352 |
| 误差 | 10 | 27923 | 2792.3 | ||
| 失拟 | 5 | 18638 | 3727.6 | 2.01 | 0.231 |
| 纯误差 | 5 | 9285 | 1857.0 | ||
| 合计 | 19 | 110395 |
表6中失拟项为0.231，模型无失拟现象，模型项P值为0.039，小于显著性水平0.05，表明当前模型总的来说是有效的。经响应曲面设计，激光功率P、扫描间距d以及扫描速度v对试件抗拉强度Rm的回归方程为：
；
模型中各项显著性水平如图7所示。由于在模型中，只有主效应扫描速度及其平方项显著，并且回归模型误差占总误差的百分比R-sq值为74.71%，数值偏低，表明模型需要进一步优化以提高模型预测精度。经分析，删除模型中的AB、BC、AC、AA以及BB项，优化后的响应曲面设计，工艺参数对抗拉强度的方差分析结果如表7所示；
表7优化模型后工艺参数对抗拉强度的方差分析结果
| 来源 | 自由度 | Adj SS | Adj MS | F 值 | P 值 |
| 模型 | 4 | 71057 | 17764.3 | 6.77 | 0.003 |
| 线性 | 3 | 16464 | 5488.0 | 2.09 | 0.144 |
| 激光功率 | 1 | 459 | 458.6 | 0.17 | 0.682 |
| 扫描间距 | 1 | 1766 | 1766.2 | 0.67 | 0.425 |
| 扫描速度 | 1 | 14239 | 14239.3 | 5.43 | 0.034 |
| 平方 | 1 | 54593 | 54592.9 | 20.82 | 0.000 |
| 扫描速度*扫描速度 | 1 | 54593 | 54592.9 | 20.82 | 0.000 |
| 误差 | 15 | 39338 | 2622.5 | ||
| 失拟 | 10 | 30053 | 3005.3 | 1.62 | 0.310 |
| 纯误差 | 5 | 9285 | 1857.0 | ||
| 合计 | 19 | 110395 |
表7中失拟项为0.310，模型无失拟现象，模型项P值为0.003。由于模型项数减少，R-Sq有所降低，但R-Sq（调整）由51.94%提高到54.86%，而且R-Sq与R-Sq（调整）两者更加接近，表明删除不显著的交互效应项以及平方项后，模型回归效果更好。模型中各项显著性水平如图8所示；经响应曲面设计，激光功率P、扫描间距d以及扫描速度v对试件抗拉强度Rm的回归方程为：；
根据回归方程，可以绘制响应曲面等值线图，为进一步预测最优工艺参数提供有价值的指导；扫描速度为800mm/s、扫描间距为120um、激光功率为300W时的等值线图如图9、图10和图11所示；通过响应曲面法优化，优化的工艺参数为：激光功率300W、扫描间距80um、扫描速度800mm/s时，试件抗拉强度能够达到460MPa。
本发明能够根据高强铝合金激光选区熔化技术特点，基于响应曲面法，只需进行少量的试验，即可获取优化的工艺参数，得到性能最优的试样，有效提高了激光选区熔化工艺参数优化自动化水平,使制造成本大幅降低，为进一步推广高强铝合金激光选区熔化技术奠定可靠基础。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
（a）设置激光选区熔化设备扫描策略、层间厚度和层间扫描方向角度变化值，设计试样尺寸，采用三维建模软件构建试样三维模型，再将三维模型导入QuantAM软件中，排布试样，对模型进行切片处理，规划每层切片激光的扫描路径，生成MTT格式的增材制造文件；
（b）选定铝合金成分及稀土添加量，烘干铝合金粉末及稀土粉末，对烘干的粉末进行混粉；
（c）设定激光功率、扫描间距以及扫描速度的工艺参数范围，采用全因子试验设计工艺参数表；
（d）清理试验用具及设备，安装基板及刮刀，调整刮刀高度，进行铺粉工序，调整基板高度，使第一层粉末高度与设置的层间厚度相同，按照工艺参数表对激光功率、扫描间距和扫描速度进行设置，并将生成的MTT格式文件传输给激光选区熔化设备，完成激光选区熔化前的准备工作，运行激光选区熔化设备，完成试样打印；
（e）采用线切割将试样从基板上切下，使用砂纸打磨试样至无宏观划痕，标记原始标距，测量试样平行端长度的宽度与厚度，夹持试样，完成试样拉伸性能测试，获取试样的抗拉强度；
（f）采用全因子试验判定选定的工艺参数区域是否已经达到响应变量的最优区域，设计中心复合序贯响应曲面试验，建立工艺参数对抗拉强度的回归模型，删除模型中不显著项，优化回归模型，绘制响应曲面等值线图，获取优化的工艺参数。
2.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（a）中，设置激光选区熔化设备扫描策略为MEANDER，层间厚度为30μm，层间扫描方向角度变化值为67°。
3.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（a）中，采用三维建模软件UG构建激光选区熔化试样三维模型，三维模型输出格式为STL。
4.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（b）中，烘干温度为100~120℃，时间为1.5~2.5h。
5.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（b）中，混粉具体包括：先将烘干的铝合金粉末以及一半的稀土粉末装入V形混粉机中混粉0.8~1.2h，混粉结束后，将另一半的稀土粉末装入V形混粉机中继续混粉0.8~1.2h。
6.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（c）中，激光功率设定范围为300~400W，扫描间距设定范围为80~120μm，扫描速度设定范围为800~2000mm/s。
7.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（c）中，全因子试验设计中创建因子数为3，中心点数为4。
8.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（d）中，完成激光选区熔化前的准备工作包括：开启气瓶，使用镜头清洁湿巾擦拭激光镜片，使用酒精滴湿无纺布擦拭舱门关合处。
9.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（d）中，运行激光选区熔化设备包括：舱内抽真空，排除舱内气氛，向舱内灌输高纯氩气，进入模拟打印过程，如无其他故障，正式开始打印试件。
10.根据权利要求1所述的稀土7075铝合金激光选区熔化工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤（e）中，采用线切割将试样从基板上切下后，置于无水乙醇溶液中进行清洗，再依次使用240#、400#、600#和800#的砂纸打磨试样至无宏观划痕。
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