基于教与学优化的LPBF零件构建方向优化算法

摘要

在激光粉末床熔融(LPBF)工艺下，零件打印方向的选择是分层建造工艺规划的关键步骤，打印方向选择的好坏会直接影响零件的成型质量和打印成本。零件的打印方向通常由操作员手工选择，打印前无法确定最佳建造方向。针对LPBF零件定向问题，从打印成本角度出发，提出一种基于教与学优化(TLBO)的金属3D打印零件方向优化算法。首先根据金属3D打印工艺流程建立LPBF工艺综合成本模型，该模型考虑了零件支撑结构体积、打印高度、打印时间，然后通过变换STL模型几何表示，建立打印方向与成本的多目标优化模型，采用TLBO进行全局搜索，得到零件最佳建造方向，解决了金属3D打印工艺成本高的问题，实现了成型方向的自动选择。最后在实例模型中介绍了该方法的使用，并通过与商业软件Magics中生成打印方向以及遗传算法(GA)优化方向对比，证明了所提方法的有效性和运行效率。

关键词

教与学算法(TLBO) / 增材制造 / 激光粉末床熔融 / 方向优化 / 支撑结构