焦盼德 李淑娟 杨磊鹏 闫存富

西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安，710048

功能梯度材料快速成形过程建模与控制

焦盼德 李淑娟 杨磊鹏 闫存富

西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安，710048

在三坐标雕刻机上开发出一种功能梯度材料增材制造装置，在低于水的凝固点温度下，将两种材料的水基膏体以一定比例进行挤出沉积，形成梯度材料零件。在该三维零件沉积成形过程中，配置好的材料不可避免地会存在结块和气泡现象,当结块分解或气泡释放时，会导致沉积过程中的挤压力不断变化，使得成形过程不稳定，成形零件质量差。在分析三维梯度材料沉积成形过程的干扰因素的基础上，通过实验建立了沉积过程中挤压力的动态模型，采用最小二乘方法进行系统辨识，完成了最小方差自适应挤压力控制器的设计，并用两种不同颜色的腻子粉(CaCO3)进行实验，验证了功能梯度材料快速沉积原理的可行性和控制器的有效性。

梯度材料；沉积；挤压力；自适应控制

0 引言

功能梯度材料(functionally gradient material，FGM)又称梯度材料，是基于新的材料设计理念而研发制备出的一种新型功能材料,其材料的化学构成、微观结构和原子排列由一侧向另一侧呈连续梯度变化，从而使材料的性质和功能也连续地呈梯度变化[1]。传统的FGM的制备分为建立梯度化的空间结构(梯度工艺)和将此结构转化为固体材料(致密化工艺)2个步骤。梯度工艺可分为与组成要素相关的制备技术、与均匀化相关的制备技术和与分离相关的制备技术，随后通过烘干、烧结以及致密化工艺等固化工艺生成FGM[2]，如粉末冶金法、离心成形法、注浆成形法等。……