基于层间闭环的激光粉末熔融工艺的切换式加热与冷却控制
系统与控制
2025-12-22 v1 系统与控制
摘要
本研究通过一种新型的层间闭环反馈控制器，探讨了激光粉末熔融工艺中层间温度稳定化的问题。该控制器架构旨�通过侧向布置的热成像仪测量层间温度，并通过动态调整激光功率实现加热模式，或通过分配层间驻留时间以允许层间冷却来实现冷却模式。切换式控制器在加热模式下采用反馈优化控制算法来调整激光功率，在冷却模式下采用触发算法，直到层间温度达到预设参考值为止。此外，本研究还比较了所提出控制器在支持和不支持的悬垂部件上的性能，以评估支撑结构对控制器性能以及悬垂部件热行为的影响。结果表明，该控制器在跨越不同横截面积时能够有效稳定层间温度，且均在材料的稳定加工区内。在加热模式下，该控制器即使在横截面积变化显著的几何形状中，也能有效稳定温度。本研究还识别了工艺效率、能源消耗和构建时间之间的权衡。支持部件表现出较少的过热，但能源和材料消耗更高；而不支持部件则能更快稳定层间温度，但由于增加驻留时间分配，构建时间更长。该研究强调了针对易产生过热应力的几何形状，在层间温度控制方面取得了显著的改进。此外，引入层间驻留时间为维持复杂几何形状的热稳定性提供了实用的解决方案。
引用
@article{arxiv.2512.17518,
title = {Layer-to-layer Closed-loop Switched Heating and Cooling Control of the Laser Powder Bed Fusion Process},
author = {Barış Kavas and Efe C. Balta and Lars Witte and Michael R. Tucker and John Lygeros and Markus Bambach},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.17518},
year = {2025}
}