[发明专利]一种基于固有应变法的选区激光融化成型件表面预测方法

说明书

一种基于固有应变法的选区激光融化成型件表面预测方法，包括：S10、依次设置打印层从1到I；打印层为第i层时，依次设置打印路径从1到Jsubgt;i/subgt;条；S20、将第i层打印层的第Jsubgt;i/subgt;条打印路径进行离散化，在每个离散点利用解析式形状假设获得每个离散点上表面的理想解析式预测结果；S30、利用准静态热模型计算打印过程中的热场；S40、利用总应变模型和热弹性模型分别计算打印过程的总应变和热弹性应变；S50、基于步骤S40获得的总应变和热弹性应变，利用固有应变模型获得打印过程的固有应变；S60、利用步骤S50获得的固有应变修正步骤S20获得的表面理想解析式预测结果，获得表面预测结果。该方法计算时间短，预测精度高。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，特别涉及一种基于固有应变法的选区激光融化成型件表面预测方法。

背景技术

选区激光熔化(Selective laser melting，SLM)属于金属增材制造技术，已被广泛应用于航空航天、医疗、军事、汽车等领域的金属零件加工。SLM成型件的表面轮廓对成型零件的结构和功能性能有很大的影响。然而，由于热应力、弹塑性变形等原因，在SLM过程中不可避免地会出现设计和打印的零件之间的表面偏差，这限制了该技术的进一步发展和应用。因此，可靠而准确的表面预测是SLM质量控制的关键步骤。然而，由于SLM中复杂的物理过程和热机械行为，目前SLM成型件的表面预测仍然是一个很大的挑战。

目前，常用的SLM成型件的表面预测方法有试验法、数值仿真法和解析式方法。例如，中国发明专利公开号CN108399280A公开了一种预测激光选区熔化成型件变形的有限元仿真方法，中国发明专利公开号CN113976920A提出了一种选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法及系统，中国发明专利申请CN115455776A公开了一种增材制造残余应力与变形预测的基于物理的固有应变法。综合分析现有的SLM成型件的表面预测方法，总结出各个方法的特点为：试验法需要耗费大量的材料和时间；数值仿真法能够节省材料，但仍需要耗费大量的计算时间；解析式法能够不仅能够节省材料，还能极大地节省计算时间，是最有前景的SLM成型件的表面预测方法。然而，由于SLM过程的复杂性，若在解析式分析过程中未全面考虑影响成型件表面的各个因素，会导致解析式法的精度低，无法满足预测要求

发明内容

为了解决现有的基于解析式法的SLM成型件表面预测方法未全面考虑影响成型件表面的各个因素、精度低、无法满足预测要求的问题，本发明的目的在于提供一种基于固有应变法的选区激光融化成型件表面预测方法，该方法基于多物理场解析式分析获得固有应变，综合考虑了层内的扫描轨迹、层间重熔和层间堆积对SLM成型件表面的影响，计算时间短，预测精度高，具有较强的实用性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于固有应变法的选区激光融化成型件表面预测方法，包括以下步骤：

S10、依次设置打印层从1到I；打印层为第i层时，依次设置打印路径从1到J_i条；其中，I为打印层的总数，J_i为第i层打印层的打印路径总数；

S20、将第i层打印层的第J_i条打印路径进行离散化，在每个离散点利用解析式形状假设获得每个离散点上表面的理想解析式预测结果；

S30、利用准静态热模型计算打印过程中的热场；

S40、利用总应变模型和热弹性模型分别计算打印过程的总应变和热弹性应变；

S50、基于步骤S40获得的总应变和热弹性应变，利用固有应变模型获得打印过程的固有应变；

S60、利用步骤S50获得的固有应变修正步骤S20获得的表面理想解析式预测结果，获得表面预测结果。

优选地，在步骤S10中，I和J_i均在实际打印前的规划打印工艺参数时确定，确定原则为：

I＝H/L_t；