飞溅对激光粉末床熔融过程中层表面粗糙度的影响
系统与控制
2023-03-02 v1 系统与控制
摘要
激光粉末床熔融(LPBF)有望高效制造金属零件。然而，LPBF会产生随机的熔池(MP)飞溅，使工件过程表面变粗糙，从而削弱层间结合并引起孔隙率、粉末污染和刮刀干预等问题。由于缺乏对MP飞溅进行同步追踪和表征层表面的过程监测能力，理解MP飞溅对层表面的连带影响仍然困难。本工作中，利用我们实验室设计的LPBF专用条纹投影轮廓术和离轴相机，我们首次量化了MP飞溅与过程层表面粗糙度之间的关联，以揭示MP飞溅对过程异常和零件缺陷的影响。通过机器学习原位成像数据，开发了提取和配准MP飞溅度量指标的方法。分析每幅图像以获得MP中心位置、飞溅计数和喷射角。这些MP飞溅特征针对每层监测到的每个MP进行配准。利用回归建模将配准的MP飞溅特征及其工艺参数与由原位FPP测量的层表面形貌相关联。我们发现，相较于仅使用标称工艺设定的传统方法，所获得的MP飞溅特征剖面可更准确地预测层表面粗糙度（误差降低>50%）。这是因为飞溅信息能反映关键工艺变化，包括实际激光扫描参数的偏差及其影响。结果证实了飞溅监测的重要性以及飞溅对层表面粗糙度的显著影响。我们的工作为彻底阐明并有效控制LPBF中MP飞溅在缺陷形成中的作用奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2303.00272,
title = {Influence of Spattering on In-process Layer Surface Roughness during Laser Powder Bed Fusion},
author = {Haolin Zhang and Chaitanya Krishna Prasad Vallabh and Xiayun Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.00272},
year = {2023}
}