[发明专利]增材制造中变形的预测及最小化

权利要求书

1.一种使工件的变形最小化的方法，所述方法包括如下步骤：

在计算机系统中，对所述工件的在通过增材制造进行制造期间及制造之后的有限元热机械模型进行有限元分析以预测工件的形状变形以及残余应力发展，其中，所述制造包括如下制造步骤：在基板上沉积材料的连续层，每个层通过沿着沉积路径逐步形成熔池材料而形成，所述熔池材料在沉积时固化；以及

在制造之前或制造期间将更改引入所述工件以补偿预测到的变形，

所述方法进一步包括如下步骤：通过在材料的连续层的沉积之间不冷却所述工件，使在一个或多个制造步骤期间来自所述基板和所述沉积材料的热损失最小化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制造进一步包括以下制造步骤中的一个或者多个：预热所述基板，冷却所述工件，以及后续解除所述工件上的机械约束。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述基板的几何形状以及所述沉积路径中的一者或者多者进行更改。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括用于将所述基板和所述沉积材料中的热传导模型化的热传导单元。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括用于将向所述工件外部的热传递模型化的热传递单元。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述热传递单元根据所述工件的热辐射将热传递模型化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述热传递单元根据以下公式将热传递模型化：

其中，q是热通量，T是温度，T_amb是环境温度，ε是表面辐射，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述热传递单元额外地根据所述工件的热传导将热传递模型化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热传递单元根据以下公式将热传递模型化：

q＝h(T-T_amb)

其中，q是热通量，T是温度，T_amb是环境温度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括使用胡克定律、所述材料的杨氏模量、泊松比和热膨胀系数的弹性变形单元。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括遵循冯·米塞斯屈服准则的屈服行为单元。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括屈服行为单元，所述屈服行为单元遵循凭经验推导的依赖温度的流动应力数据。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括材料沉积单元，其中，在液相线温度或者稍微高于所述液相线温度利用少量过热将所述材料的沉积模型化。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括凝固单元。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括材料沉积单元，其中，将通过施加能量源和热源中的至少一种以熔化所述材料而进行的材料沉积模型化。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法进一步包括如下步骤：使用来自所述有限元分析的应力分析信息来识别局部应力增加，在使用所述热源的一个或多个制造阶段期间需要减轻所述局部应力增加。

17.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括如下步骤：通过在制造期间及制造之后使所述工件绝热，使在一个或多个制造步骤期间来自所述基板和所述沉积材料的热损失最小化。