[发明专利]一种可变光斑与粉末颗粒尺度耦合作用的仿真方法

摘要

本发明属于激光立体成型领域，并公开了一种可变光斑与粉末颗粒尺度耦合作用的仿真方法。该方法包括下列步骤：(a)构建可变光斑与粉末颗粒尺度耦合作用的计算域，在其气体层中建立呈正态分布的金属粉末颗粒；(b)在气体层中捕捉金属粉末颗粒与气体层交界的交界面，对金属粉末颗粒加载可变光斑的激光束，以交界面作为激光束的初始作用区域，该激光的激光能量沿入射方向逐渐衰减；(c)在计算域中构建质量守恒，动量守恒和能量守恒方程，求解获得金属粉末颗粒和气体层中的温度场和速度场，以此完成仿真。通过本发明，通过激光能量的衰减来近似表达激光束在粉床中的反射吸收，避免离散激光束多次反射行为的计算，大大节省计算资源。

主权项

1.一种可变光斑与粉末颗粒尺度耦合作用的仿真方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)构建可变光斑与粉末颗粒尺度耦合作用的计算域，该计算域分为基板层和气体层，分别对所述计算域中的基板层和气体层进行网格划分，在网格划分后的所述气体层中建立呈正态分布的金属粉末颗粒，并设定所述气体层的工作气压和金属基板层的初始温度；(b)在所述计算域中捕捉所述金属粉末颗粒与所述气体层交界的交界面，对所述金属粉末颗粒加载以所述交界面作为初始作用区域的可变光斑激光束，该激光束一方面沿该初始作用区域的水平方向呈高斯光斑或均匀光斑，以此改变激光热源沿着水平面的分布规律实现光斑矫形，另一方面其激光能量沿该激光束的入射方向逐渐衰减，以此模拟实际激光束照射所述金属粉末颗粒时的反射吸收过程；(c)在加载所述激光后的所述计算域中，基于VOF方法构建质量守恒方程，动量守恒方程和能量守恒方程，求解所述方程分别获得所述金属粉末颗粒和气体层中的温度场和速度场，以此完成可变光斑与粉末颗粒尺度耦合作用的仿真。