近日，《International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials》期刊发表了一篇题为《Surface-specific roughness modeling and mechanism interpretation in LPBF AlMgScZr alloy with gas-flow effects》的研究论文。作者为法国Arts et Métiers的博士生周长山、Nan Kang教授和Mohamed EL Mansori教授。

该研究聚焦激光粉末床熔融（LPBF）增材制造中的一个实际问题：顶面和侧面的表面粗糙度受不同机理控制，工艺参数对不同朝向表面的影响存在显著差异。研究团队通过正交实验设计了100组AlMgScZr铝合金试样，采集顶面及四个侧面的粗糙度数据，构建了表面特定性的建模数据集。在此基础上，对比了七种机器学习回归模型，建立了工艺参数（填充激光功率、扫描速度、填充间距、轮廓激光功率与扫描速度、气流速度）与各表面粗糙度之间的映射关系。

值得指出的是，该研究当前的重要贡献在于建立了数据驱动的离线工艺预测模型，其有效性已在本次实验设定的工艺窗口与设备条件下得到验证。论文所构建的“工艺参数–表面质量”映射关系，为后续进一步迈向数字化工艺调控提供了算法层面的基础支撑。

在该研究中，联泰科技（UnionTech）Fuees 430工业级金属3D打印设备被用作试样制备的实验平台。以下为联泰科技关于这项研究的报道。如需了解研究的技术细节、模型边界条件及完整实验数据，可查阅原论文（DOI: 10.1007/s12613-026-3539-x）。

工艺开发从“老师傅凭感觉试”走向“AI预测指导”，从“一套参数打天下”走向“因面施策”，从“打印完再检测”走向“边打边控的闭环智造”。设备企业的价值边界，也从“完成零件打印”延伸至“可持续积累和复用的数字化工艺能力”。

01

小样本正交实验

搭建高精度 AI 质量预测模型

本次科研以联泰 Fuees 430 为唯一实验硬件平台，选用 AlMgScZr 合金粉末开展系统性正交试验：团队锁定填充激光功率、填充扫描速度、填充间距、轮廓激光功率、轮廓扫描速度 5 大核心工艺变量，——并在高（2.3m/s）、低（1.6m/s）两档风速条件下，通过正交实验设计打印 100 组标准AlMgScZr合金方块试样。针对每件试样分别采集顶面、正面、背面、左侧面、右侧面 5 个成型面的粗糙度数据，沉淀 50 组有效建模数据集。

注：图源自原文

研究团队对比 7 类适配小样本场景的机器学习回归模型，针对不同成型表面匹配最优算法体系。模型对顶面粗糙度预测决定系数 R² 超 0.8，各侧面预测精度普遍可达 0.7 左右，精准捕捉多工艺参数间复杂非线性耦合关系，验证 AI 技术替代传统人工试错的可行性。

02

科研核心结论

成型表面需差异化 “因面施策”

实验数据与机器学习分析共同证实，不同朝向成型面的粗糙度受控机理、核心影响参数存在显著区分，统一参数无法兼顾全维度表面品质：

顶面成型质量

粗糙度区间 13.74~44.57μm，核心受控于填充激光功率与扫描速度，保护气流速影响较弱，优化重点为稳定熔道成型状态

侧面成型质量

粗糙度区间 4.38~9.34μm，由轮廓修边参数与保护气流速协同决定，较高风速可抑制飞溅颗粒沉积，有效降低侧面粗糙度

侧向差异特征

受风场分布、铺粉方向叠加作用，左、右侧面成型稳定性与可预测性远低于正面、背面。

传统 “一套参数通用全部位” 的工艺模式存在天然短板，基于 AI 模型的分面专属参数优化，可同步兼顾多朝向零件表面精度，解决人工经验难以分辨的多参数耦合难题。

03

数字孪生的算法底座

从静态预测到动态调控

本项研究不只实现静态粗糙度预测，更为下一代增材制造智能生产搭建完整技术路径：
依托模型生成的粗糙度工艺响应热力图，工艺工程师可快速锁定低粗糙度工艺窗口，大幅压缩传统反复试错的研发周期。其核心价值在于，高斯过程回归（GPR）建立的 “工艺参数 – 表面质量” 映射关系，是数字孪生系统的核心数学载体。

该模型的价值在于将原本依赖经验的工艺调参转化为可计算、可预测的数学问题，为LPBF表面质量的智能化管控提供了数据驱动的决策工具。

04

Fuees 430

数据驱动工艺落地的硬件基座

全流程高精度数据采集、算法模型验证，离不开设备底层硬件的稳定可控性，联泰科技Fuees 430为本次前沿科研提供坚实硬件支撑：

设备支持轮廓、填充工艺参数独立分区设定，搭载最高6m/s高速振镜扫描系统，配套精准可调全域风场控制模块，可实现多组工艺参数稳定解耦、实验重复复现。整套设备的成型精度、工况一致性达到国际科研设备标准，充分证明国产LPBF金属打印设备既能满足批量零件制造需求，也可承接前沿数字化、智能化工艺科研验证。

过去，设备企业的价值止步于“完成零件打印”；而本次联合研究，重新定义联泰科技设备的产业定位：Fuees 430不只是一款实体制造装备，更是标准化数据生成载体、前沿智能算法验证平台。依托设备稳定输出的海量工艺数据，企业可沉淀、迭代、复用标准化数字化工艺知识库，帮助下游客户大幅缩短新品工艺开发周期、削减试错物料成本。

从人工经验试错到 AI 数据预测，从静态固定参数到数字孪生闭环调控，联泰科技以 Fuees 430硬件设备为基础，持续推动 LPBF 增材制造智能化迭代。在全新产业格局下，标准化工艺数据将成为比金属原材料更核心的生产资产，联泰科技也将持续深耕设备数字化能力，赋能全行业高质量智能增材制造发展。

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快速精密铸造技术即是光固化快速成型技术与传统熔模精密铸造技术的完美结合。光固化快速成型技术能够一体化无缝进入熔模铸造工艺。
传统的熔模精密铸造是一种近净成形工艺，其铸件尺寸精度高、结构复杂、材料适应性强，在高附加值注重减重的航空航天领域有着广泛应用。其工艺流程是通过制作金属模具、制作蜡模、组树、挂浆喷砂制壳、蒸汽脱蜡、模壳焙烧、浇注、铸件后处理和铸件检测等步骤。传统的精密铸造技术模具制造和定型周期长，成本高，不能够快速的响应市场需求。

快速精密铸造技术涉及的光固化快速成型技术(SLA)，是具有高柔性的先进制造技术，由零件的CAD 模型即可直接驱动设备完成零件原型的成型制造，将其应用于直接制造精密铸造模型，可以极大提高熔模精密铸造的柔性，实现快速铸造。相对于其他用于熔模铸造的快速成型法(如 SLS、FDM 等)，在尺寸精度、表面质量方面具有很大优势。

联泰科技通过多年在铸造行业的应用实践和技术总结，研制出一套系统完成的快速精密铸造应用解决方案，应用优势包括：

• 免去了制作模具和蜡型的工序
• 模壳成型速度快
• 实现小批量生产和样件试制
• 实现铸件设计的复杂性
• 降低铸件生产成本
• 铸件属性优良

以精密铸造件常见的零部件叶轮为例，叶轮主要应用在军工、民航领域，铸造工艺上具有一定难度。前期，联泰科技利用其Lite 600HD-D的立体光固化3D打印设备快速树脂模壳以取代传统熔模精密铸造中的蜡模，免去了传统熔模精密铸造工艺流程中涉及的制作金属模具和制作蜡模这两道工序，不仅节省了成本，也加快了制作周期，整个打印耗时仅为 5小时15分26秒。

经过常规的树脂样件后处理后，叶轮树脂模壳原型件被带到一家精密铸造厂商开始一体化无缝进入熔模精密铸造工艺流程，包括组树、挂浆制壳、脱蜡焙烧、浇注、铸件后处理和检测。

值得一提的是，快速精密铸造应用解决方案里的前期数据模壳数据设计时，联泰科技采用专业抽壳铸造软件，此款软件专用于快速精密铸造工艺，可实现镂空结构设计、优化内部结构、创建流孔等数据预处理功能，其中具有以下两大功能：

• 促进减重
• 在保证铸件强度的同时，极大地降低材料的消耗量，促进减重，节约生产成本。
• 预防胀壳
• 在焙烧高温环境下，此结构能使壳体的内收缩，避免向外膨胀，预防胀壳。

同时，树脂模壳材料采用的是联泰科技的长期战略合作伙伴 DSM铸造领域专用的光敏树脂材料，结合联泰科技拥有可变光斑技术、超高性能和超高精度的Lite 600HD-D立体光固化（SLA）3D打印机型，能够确保打印出来的原型件具备强硬度和耐高温性，尺寸稳定、锑含量低，灰烬少，绿色环保。

总之，联泰科技全新推出的一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案，既能有效解决传统精密铸造工艺中的痛点问题，使铸件更精密，保证品质，又能符合国家对铸造行业环保规范的要求，给传统精密铸造行业的产业链注入了新活力和新选择。

通过联泰科技的Lite 600HD-D可以一次成型346mm*346mm*164mm这类大尺寸的铸造件

运用联泰科技一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案制作的叶轮

了解更多联泰科技快速精密铸造应用解决方案，欢迎发邮件至enquiry@uniontech3d.cn。

文章来源：联泰科技

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