北京朗时云帆科技有限公司

      与传统的减法和成型方法相比，增材制造具有诸多优势，因此在过去十年中被行业内广泛采用。增材制造在制造复杂几何形状方面所提供的可能性是传统制造方法无法比拟的。然而，它也有一些缺点，如缺乏标准化、难以控制生产样品的尺寸和表面特性，以及在大多数情况下需要后处理步骤。在这项研究中，我们希望通过测量形状和表面纹理来衡量单一参数对制件最终属性的影响。

研究 1. 形状偏差与工艺参数的函数关系（材料和其他）

     在本案例研究中，我们使用了选择性激光熔融技术，用两种不同的材料制作了两次相同的试样。通过这种方法，我们希望了解这种变化对制造部件整体形状的影响。我们选择钛合金 Ti6Al4V 和铝合金 AlSi10Mg 作为测试材料，因为这两种材料在航空航天和医疗行业中应用广泛。

我们用 S wide 3D轮廓测量仪测量了这两个样品和一个参考样品，并用 3D 对比软件进行了比较。

图1

图 1. 制造的样品照片及其三维对比的截图（左：Ti6Al4V；右：AlSi10Mg）

3D 对比显示了 SLM 制造样品与参考样品之间的差异。我们可以看到，偏差较大的部位是在样品几何形状的边缘，但两种材料都能保持整体形状。不过，铝合金样品表面的某些位置偏差较大，这是由于球化效应造成的。

我们还进行了类似的测试，但当时使用的是用相同材料制造的两个样品，并改变了 SLM 机器的一个内部参数（光束补偿）。这一次，由于预期偏差较小，我们使用了 CAD 文件作为三维对比的参考，而不是参考样品。

事实上，这才是控制生产的合适方法：在 CAD 模型的不同区域设置一些公差，然后根据这些公差分析生产出的零件。

图2

图 2. 同一试样的两个不同单元的表面形貌和 CAD 对比（三维和二维截面）。

在图 2 中，可以看到一个样品和另一个样品之间的差异，突出显示了一些关键点。我们还可以选择一个横截面，分析每个样品的轮廓是如何变化的。下一步将回到制造过程，调整参数，使输出始终符合我们的预期。

研究 2：表面纹理变化与角度的函数关系

制件的表面纹理对其功能性能至关重要。因此，了解增材制造过程中的不同变量如何影响不同的表面纹理参数是一个热门研究课题。

在第二个案例研究中，我们制造了另一个测试样品的不同单元（1 cm x 1 cm正方形，厚 2 mm），但改变了角度。这是对使用增材制造的制造商和研究人员的共同考验，其目的是了解其机器在这些情况下的性能。

我们使用 S neox 3D 光学轮廓仪测量了不同样品多个位置的表面纹理，并将样品垂直于光轴定位。然后根据 ISO 25178 标准，使用相同的嵌套指数对测量结果进行过滤，以确保进行有意义的对比，最后使用 SensoPRO 软件进行比较，以确定哪些参数可区分每组测量结果。