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鈦鉭合金具有替代工業純鈦和Ti6Al4V鈦合金作為生物醫用材料的潛力。使用選區激光燒結(SLM)制造的蜂窩晶格結構即使具有相同的晶胞,但由于工藝參數的影響,使得彈性常數范圍在Gpa和Gpa之間,因此控制加工蜂窩晶格結構的工藝參數以獲得期望的力學性能顯得至關重要。
為了解決上述問題,來自新加坡南洋理工大學的Swee Leong Sing等人使用回歸分析和方差分析的統計方法研究SLM的加工工藝參數(激光功率(L)、掃描速度(S)和分層厚度(L))對蜂窩晶格結構的尺寸精度(如圖1)和力學性能(孔隙率、彈性常量和屈服強度)的影響。蜂窩晶格結構是專門設計的,具有水平、豎直和傾斜的支柱,支柱的直徑大小和激光光斑大小一致,如圖2所示。尺寸精度使用顯微照片測量,力學性能通過壓縮實驗測得。
圖1 晶格結構的LOM圖像(a)xy平面(b)yz平面
圖2 蜂窩晶格結構的CAD模型
圖1中是平面內水平支柱的尺寸,是平面內水平支柱的尺寸,是豎直支柱的尺寸,是傾斜支柱的尺寸。使用回歸分析得到的尺寸精度經驗公式如下:
用SLM關鍵工藝參數表示的力學性能經驗公式為:
進行敏感性分析結果表明,與激光功率和掃描速度相比,水平支柱的尺寸對層厚最敏感;對于豎直和傾斜支柱來說,相比于層厚和掃描速度,其尺寸對激光功率最敏感,而且只對激光功率敏感,對激光功率的敏感性要遠高于層厚和掃描速度??紫堵屎蛷椥猿A繉す夤β实拿舾行砸哂趯雍窈蛼呙杷俣?,屈服強度對激光功率和掃描速度敏感,對層厚不太敏感。
本文采用回歸分析方法,定量分析了SLM工藝參數對晶格結構尺寸和力學性能的影響,通過對工藝參數的精心控制,不僅可以提高晶格結構的尺寸準確性,還能更好地控制力學性能。