激光3D打印参数优化法结果的对比分析

两种优化方法的结果虽然不一致但相差不大，这反映了这两种方法都有其正确性和可靠性。分析认为这两种结果之间的差异可以看作是“理论情况”和“实际情况”之间的差异。粉末流汇聚图像特征法是将粉末流图像作为依据，而沉积层成形特征法是将3D打印的试样作为依据。对比来看，粉末流汇聚图像特征法仅考虑粉末流在自由空间的汇聚成形特性，没有考虑激光3D打印制造过程中沉积层基体以及热源、激光等离子体等因素对粉末流汇聚及沉积成形的影响。而沉积层成形特征法是粉末流汇聚效果在激光3D打印制造过程中的真实体现。因此，两种方法的优化结果出现不一致。

针对两种优化方法结论不一致的问题，设计了一组对比试验，以汇聚图像特征法作为实验方案，采用两种优化方法的最优结果分别做两组实验，对比粉末流汇聚处最短直径。该对比试验的结果是粉末汇聚处最小直径在外层辅助气体流量13L·min-1时取得。推测，沉积层成形特征法的外层辅助气体流量最优结果（17L·min-1）与粉末流汇聚图像特征法的外层辅助体流量的最优结果（13L·min-1）相比较而言，可能并不是粉末流汇聚处最细的，而可能是实际加工时容错率最高的。因此选择了沉积层成形特征法的优化结果作为最终的气体参数优化结果：内层载粉气体流量4L·min-1，外层辅助气体流量17L·min-1。

认为在激光加工过程中，由于激光光斑的直径受激光透镜（次要影响）和激光离焦量（主要影响）的影响，而激光离焦量在激光3D打印的逐层累加的过程中会产生一些小偏差。尽管在加工时每5层都会人工重新矫正离焦量，但是在加工环境当中通过CCD相机也很难观察到清晰的焦点位置来重置离焦量。另外，加工过程中试样在不停的重复“加热—冷却—再加热—再冷却”的过程，由热循环带来的热胀冷缩也会使离焦量变得不准确。况且沉积层特征法的每一块试样都累积加工了90层，由随机误差和系统误差带来的误差也在逐层的累积中逐渐显露。综合人工矫正离焦量困难、试样热循环、误差累积这三方面的因素，使得加工过程中对离焦量的偏差无法进行估算，进而导致对激光光斑直径的偏差无法估算。而且这个由多因素综合导致的偏差既无法模拟计算，也无法依靠实验经验避免。但是在以沉积层高度和形貌质量为评判标准的优化过程中，这个偏差可以通过略微放宽粉末流汇聚的最小直径而淡化其影响。

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