一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法

本发明涉及增材制造，更具体地说，它涉及一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法。

背景技术：

1、zn-mg合金是一种可生物降解金属，其中zn是一种生命元素，它的腐蚀速度比mg慢得多，并且在生物降解过程中没有气体释放。现如今随着各种合金元素的添加，已经开发出具有不同性能的可生物降解锌合金，镁被认为是可生物降解锌合金中最有前途的合金元素之一，因为它具有有效的强化效果，改善了合金的生物相容性和成骨作用。然而目前zn-mg合金主要是铸造、轧制和挤压等传统制造方法生产，无法定制化生产，而且很难成型复杂的形状，这就使得传统生产的材料不能很好的应用到医学植入体领域。

2、电弧熔丝增材制造技术具有效率高、质量可靠等优点，已成为制备金属多孔支架的主要增材制造工艺之一。而在电弧增材制造过程中，工艺参数的设置对打印质量和成本等方面都有着非常重要的影响，所以选择合适的加工工艺参数的选择尤为重要。目前传统的电弧熔丝增材制造主要通过试错法获得最佳工艺参数，导致实验成本较高而且试验周期长，为了解决此类问题就需要对加工工艺参数进行优化处理。随着计算机等先进智能算法的不断发展，采用元启发式的多目标优化算法能够较好的解决目前所面临的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法，对电弧增材制造工艺参数进行优化和预测，从而提升制造可降解多孔zn-mg合金支架的生产效率，以及使其弹性模量、材料密度、压缩强度等达到最优化。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法，包括2个步骤：

3、s1.电弧增材制造工艺参数优化；

4、s2.可降解多孔zn-mg合金支架的制造。

5、本发明进一步设置为：所述s1中电弧增材制造工艺参数优化通过rsm-mopoa-topsis多目标优化方法来实现，其具体操作如下：

6、(1)以电流大小、脉冲频率、送丝速度、焊接速度为影响因子，以弹性模量、材料密度、压缩强度为优化目标，建立响应面模型；

7、(2)通过mopoa算法，针对多个目标函数进行优化，得到一个最优解集合；

8、(3)topsis方法对mopoa算法得到的最优解集合通过分配不同权重进行排序，得到一个最优解。

9、本发明进一步设置为：所述s2中可降解多孔zn-mg合金支架的制造具体步骤如下：

10、(1)材料准备：选用丝线直径为0.8mm的zn-xmg(x＝1，2，3wt％)合金丝材；

11、(2)打印床处理：在打印床表面喷涂粘结剂，并进行加热烘干处理，以便于材料的附着和固化；

12、(3)打印参数设置：应用s1中优化后的工艺参数；

13、(4)打印过程：将预处理后的材料粉末通过电弧熔丝增材制造技术进行打印，按照预设的图案逐层熔化沉积，形成多孔结构；

14、(5)去除粘结剂：去除打印完成的多孔材料上残留的粘结剂；

15、(6)表面处理：对多孔材料进行表面处理，以提高其生物相容性和耐腐蚀性能。

16、综上所述，本发明具有以下有益效果：

17、1.现阶段对电弧熔丝增材制造zn-mg系合金的工艺参数确定都是通过传统的试错法，这种方法不仅实验成本高而且效率低，rsm使用数学模型来预测响应变量，因此可以减少试验次数，节省时间和成本。

18、2.mopoa算法作为一种多目标粒子群优化算法，可以有效地优化电弧熔丝增材制造参数，实现成本和性能的综合优化，并且其具有较高的搜索效率和收敛速度，可在较短时间内找到全局最优解。

19、3.topsis方法(techniquefororderpreferencebysimilarityto idealsolution)是一种多属性决策分析方法，其简单易用可解释性强，topsis方法通过计算mopoa获得的pareto·front中每个方案与正负理想解的距离，从而给出了每个方案的相对接近度得分，可以直观地反映各方案在不同评价指标下的表现，有助于决策者进行决策。以通过topsis以获得pareto·front解集中的一个最佳解。

20、4.将rsm模型、mopoa算法和topsis方法相结合用于电弧熔丝增材制造参数优化具有多目标优化、高效性、可解释性强、适用性广泛、稳健性好和实用性强等优点，有望成为工业生产优化的有效手段。

技术特征：

1.一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法，其特征是：包括2个步骤：

2.根据权利要求1所述的一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法，其特征是：

3.根据权利要求1所述的一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法，其特征是：

技术总结
本发明公开了一种可降解多孔锌镁合金支架制造的优化方法，涉及增材制造技术领域，其技术方案要点是：本发明通过结合响应面法‑多目标鹈鹕优化算法‑熵权TOPSIS·(RSM‑MOPOA‑TOPSIS)的组合多目标优化方法对电弧增材制造工艺参数进行优化和预测，主要包括电弧增材制造工艺参数优化和可降解多孔Zn‑Mg合金支架的制造两个步骤。该方法能够对电弧增材制造工艺参数进行优化和预测，从而提升制造可降解多孔Zn‑Mg合金支架的生产效率，以及使其弹性模量、材料密度、压缩强度等达到最优化。

技术研发人员：汪增强,王克鲁,李鑫,曾权,王枫涵,刘杰,黄文杰,周潼
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16