摘要：增材制造技术的兴起激发了国内外学者对结构创新设计的热情.然而,增材制造材料的各向异性为结构力学性能的预测与设计带来了一定的困难.为了准确预测熔丝制造聚乳酸(PLA)材料和点阵结构的弹性性能,并实现点阵结构的弹性各向同性设计,首先,本文采用正交各向异性弹性模型来描述PLA材料的弹性行为,通过实验和计算得到了正交各向异性模型需要的9个独立的弹性常数.然后,设计了一种力学性能可调的二维组合桁架点阵结构,基于代表体元法,在不考虑材料各向异性的情况下推导出了其平面内等效弹性性能的解析表达式及弹性各向同性条件.最后,根据PLA材料的各向异性调整点阵结构内部杆件的弹性模量和厚度,并基于代表体元法重新推导出了点阵结构平面内等效弹性性能的解析表达式及其弹性各向同性条件.研究结果表明,正交各向异性弹性模型适用于描述熔丝制造PLA材料的弹性行为,基于该模型能够准确预测PLA材料在任意方向上的弹性模量.在预测与设计熔丝制造点阵结构的力学性能时需要充分考虑材料的各向异性.在考虑材料的各向异性之后,基于代表体元法调整点阵结构的几何尺寸,能够实现部分点阵结构的弹性各向同性设计.

摘要：基于响应面法和支持向量回归模型对熔丝制造3D打印能效进行预测与优化。首先,利用田口方法设计六因素三水平正交试验,通过响应面法分析得出对加工能效影响较为显著的3个因素即层高、打印速度和热床温度;然后,通过支持向量回归方法建立加工能效预测模型,并与BP神经网络方法进行对比,结果表明支持向量回归方法建模预测性能更优;最后,建立以加工时间和能效为目标的优化模型,利用NSGA-Ⅱ、MOEA/D、SPEA2和MOPSO 4种算法分别对模型进行求解,分析比较4种算法的Pareto前沿,结果表明NSGA-Ⅱ算法在求解此问题时综合表现最佳,对比NGSA-Ⅱ算法求得的优化结果与试验结果可知,NSGA-Ⅱ算法具有有效性和合理性。

摘要：以熔丝制造(FFF)技术加工了碳纤维增强尼龙零件,采用田口试验设计研究了填充图案类型、填充密度、层高和打印方向对零件拉伸强度的影响,利用径向基网络(RBF)预测了不同工艺条件下零件拉伸强度。基于信噪比分析发现,在研究的4个试验因素中,填充密度对零件拉伸强度的影响最显著,其他因素的影响有如下顺序:打印方向>层高>填充图案类型。熔丝制造最优参数水平组合为:填充密度100%,打印方向0°,层高0.1 mm,填充图案类型六边形,在最优参数组合下,零件拉伸强度试验值为114.09 MPa,高于方差分析的回归方程预测值(108.18 MPa)。当径向基网络中隐含层神经元个数为56时,预测零件拉伸强度的均方误差(MSE)最低,为0.003 2,预测最优参数组合下零件拉伸强度为113.24 MPa。径向基网络预测值与试验值的MSE为0.46,回归方程预测值与试验值的MSE则达到20.01,表明径向基网络预测熔丝制造技术加工的零件拉伸强度更准确。