مدل‌سازي و بهينه‌سازي دوهدفه در فرآيند لايه‌نشاني دومرحله‌اي تحت قيد حداكثر حرارت مجاز

Multi-objective Modeling and Optimization of Hybrid Layered Manufacturing under Maximum Allowable Heat Constraint

روش لايه‌نشاني دومرحله‌اي زيرشاخه‌اي از شيوه‌هاي ساخت سريع مي‌باشد كه در آن لايه‌اي از فلز مذاب بر روي زيرلايه نشانده شده و با انباشته شدن لايه‌ها بر روي هم هندسه‌ي قطعه كامل مي‌شود. نرخ رسوب بالا، ارزان بودن و دامنه‌ي كاربرد وسيع از خصوصيات اين روش مي‌باشد. جوشكاري و فرزكاري كف‌تراشي دو گام پياده‌سازي روش لايه‌نشاني دومرحله‌اي مي‌باشند. در مرحله‌ي جوشكاري، فلز توسط خطوط جوش بر روي سطح نشانده مي‌شود و در مرحله‌ي فرزكاري، لايه‌ي ساخته شده براي دستيابي به سطحي تخت و يكپارچه رويه‌برداري مي‌شود. در اين مقاله بهينه‌سازي فرآيند لايه‌نشاني دومرحله‌اي براي دستيابي به دو هدف متناقض و ناهمساز مورد توجه قرار گرفته است. اين دو هدف متناقض عبارت از كاهش حجم ماشينكاري و افزايش مساحت مهره‌ي جوش مي‌باشند. بدين منظور، نخست مدل‌سازي هندسي مهره‌ي جوش با توجه به اثر هم‌پوشاني خطوط جوش متوالي صورت پذيرفته است. سپس شرايط دستيابي به لايه‌ي شبه-تخت در مرحله‌ي جوشكاري بررسي شده و مدل مهره‌جوش براي كاهش حجم براده‌برداري تعميم يافته است. سپس بهينه‌سازي مدل توسط الگوريتم ژنتيك با اعمال قيدهاي فرآيندي و حرارتي صورت پذيرفته و نتايج بدست آمده با نتايج تجربي مقايسه گرديده است. در اين مقاله با تعريف قيد حرارتي، معياري جديد براي يافتن پاسخ بهينه‌ي مدل دوهدفه ارايه شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد براي سيم‌جوش ER70S6 با قطر 8/0ميليمتر، پارامترهاي بهينه عبارت از سرعت تغذيه‌ي m/min 6/8 و سرعت پيشروي m/min6/0 مي‌باشند كه بدون نقض قيد حرارتي، نرخ رسوب mm3/min 4224 را ممكن مي‌سازند.

Hybrid layered manufacturing is one of the key methods among rapid manufacturing techniques in which a layer of molten metal is deposited on the substrate and desired geometry is completed by stacking the layers. Low cost, high rates of deposition and great applicability are some of the characteristics of hybrid layered manufacturing. Welding and face milling are the two steps of the process. In welding phase, metal is built up by weld lines to cover a given surface and in milling phase weld beads are truncated to achieve a flat and integrated layer. The focus in this article is to optimize two contradictory objectives, namely reduction in machining volume and increase in deposition rate. Thus, the first task is to formulate the bead model considering the metal build-up effect. Then, the situation needed for achieving quasi-flat layers in welding phase is studied and the unified model is extracted. Moreover, GA is used to find optimum values for the proposed model based on heat and process constraints. Finally the model is verified and conclusions are drawn. This article presents a new criterion by defining the heat constraint for the multi-objective function. Results show that for the 0.8 mm wire ER70S6, optimum values are 8.6 m/min for wire speed and 0.6 m/min for torch speed that yield a deposition rate of 4224 mm3/min without violating heat constraint.