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[提交于 2025年7月16日
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标题: 基于物理的热模型的LPBF熔池区域的矢量级前馈控制
标题: Vector-level Feedforward Control of LPBF Melt Pool Area Using a Physics-Based Thermal Model
摘要: 激光粉末床熔融(LPBF)是一种增材制造技术,由于其能够生产几何复杂且完全致密的金属零件而受到欢迎。然而,这些零件容易产生内部缺陷和几何不准确,部分原因是熔池的变化。本文提出了一种新颖的矢量级前馈控制框架,用于调节LPBF中的熔池面积。通过将零件尺度的热行为与小尺度熔池物理现象解耦,控制器提供了尺度无关的熔池面积预测和高效的优化。这是通过操作两个耦合的轻量级模型实现的:一个有限差分热模型,能够高效捕捉矢量级温度场,以及一个降阶的、分析性的熔池模型。每个模型都通过最少的单道和2D实验单独校准,该框架在Inconel 718和316L不锈钢的复杂3D几何结构上进行了验证。结果表明,前馈矢量级激光功率调度平均使关键尺寸的几何不准确性降低了62%,总体孔隙率降低了16.5%,光电二极管变化降低了6.8%。总体而言,这种模块化、数据高效的的方法表明,主动补偿已知的热效应可以显著提高零件质量,同时保持计算效率,并易于扩展到其他材料和机器。
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