[发明专利]基于APDL的栅格路径的熔融沉积成型温度场模拟方法

说明书

本发明涉及一种3D打印计算模拟技术。一种基于APDL的栅格路径的熔融沉积成型温度场模拟方法，包括步骤S1，建立FDM数字模型，定义与温度相关的材料参数，将模型划分网格；S2，选出需要做单元生死的单元；运行APDL脚本对所选单元按照栅格路径进行排列；S3，杀死所选单元后按照排列顺序依次激活单元并加载相应载荷和计算。该方法和APDL中的单元生死技术相结合，理论上可以用于打印路径为栅格路径的各种不同模型，如正方体，圆柱体，椭圆体等。该模拟方法还可以预测不同的填充走线方向对模型温度场的影响和适用于熔融沉积成型的各种材料以及打印条件，为熔融沉积成型提供一种最佳的打印方案。

技术领域

本发明涉及一种3D打印计算模拟技术，尤其是涉及一种打印路径为栅格路径的熔融沉积成型（FDM）温度场模拟方法。

背景技术

熔融沉积成型（FDM）是Scott Crump在1988年研制出来的成型技术。熔融沉积技术的原理是根据已设计好的数字模型将熔融的线材通过喷头挤出逐层沉积直至冷却固化成型。因为FDM相比于其他3D打印技术具有成型速度快，材料来源广泛以及机器工作条件要求低等优点，所以FDM是目前3D打印技术所为常用的成型工艺。熔融沉积技术所用到的线材一般为热塑性材料，在打印的过程中，热塑性材料会经历受热熔融再到挤出后冷却固化的过程。3D打印逐层按照路径打印的特点会导致打印成型的模型内部存在很大的温度梯度，从而导致模型收缩不均匀而产生翘曲或者分层。模型变形的情况取决于材料的热学性能以及打印条件。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种基于APDL的栅格路径的熔融沉积成型（FDM）温度场模拟方法。

该模拟方法核心部分是提供了一种栅格路径的单元排序方法，该方法和APDL中的单元生死技术相结合就可以用于打印路径为栅格路径的各种不同模型，如正方体，圆柱体，椭圆体等。该模拟方法还可以预测不同的填充走线方向对模型温度场的影响和适用于熔融沉积成型的各种材料以及打印条件，为熔融沉积成型提供一种最佳的打印方案。

本发明采用的技术方案：

一种基于APDL的栅格路径的熔融沉积成型温度场模拟方法，包括如下步骤：

S1，建立FDM数字模型，定义与温度相关的材料参数，将模型划分网格；

S2，选出需要做单元生死的单元；运行APDL脚本对所选单元按照栅格路径进行排列；

S3，杀死所选单元后按照排列顺序依次激活单元并加载相应载荷和计算。把模拟喷头温度加载到刚激活的单元上，然后加载整个模型的环境温度以及表面换热系数，设置时间步长。

步骤S2中，对所选单元按照栅格路径进行排列的过程如下:

S2-1，选择需要排序的单元；

S2-2，存储已经排序的单元，顺序数组排满，结束排序；如果顺序数组没有排满，执行下一步；

S2-3，将单元编号写进编号数组；

S2-4，将单元的形心坐标写进坐标数组；

S2-5，通过比较找到Y坐标和Z坐标都是最小的单元A；

S2-6，判断单元A是否与前一单元在同一层，如是，执行下一步；如否，则改变局部坐标系，返回步骤S2-1，重新执行上述各步骤；

S2-7，筛选出与单元A在同一行上的单元；

S2-8，将筛选出来的单元形心的X坐标写进数组；

S2-9，排序，并把单元写进顺序数组；

S2-10，删除已排序的单元；返回步骤S2-1，重新执行上述各步骤。