[发明专利]一种SLM成形过程温度场数值模拟方法

权利要求书

1.一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立仿真模型：在三维建模软件中建立基板和样件的三维模型，对样件和基板分别赋予材料属性；

步骤2，离散有限差分单元：将步骤1得到的基板和样件的三维模型按照设定的尺寸离散得到若干正六面体有限差分单元E_L单元，将设定区域内的E_L单元细化分割得到比E_L单元尺寸小的E_M单元，将部分E_M单元细化分割得到比E_M单元尺寸小的E_s单元；E_L单元、E_M单元和E_s单元组成嵌套单元；

步骤3，建立传热计算模型，确定最大允许计算时间步长Δt_j：建立同类型单元之间的换热方程，根据步骤2确定的E_L单元、E_M单元及E_M单元的尺寸，结合基板材料属性、样件材料属性以及粉末的热物性参数计算同类型单元之间传热的最大允许计算时间步长Δt_j，以保证传热计算收敛；

步骤4，确定传热策略：根据激光的扫描速度确定激光在步骤2所得E_s单元之间的移动时间，并根据其与步骤3得到的各单元之间的最大允许计算时间步长的大小关系，确定传热计算策略，并对步骤3确定的最大允许计算时间步长Δt_j进行修正；

步骤5，计算温度场：按照步骤4确定的传热计算策略开始模拟SLM成形过程，即可得到SLM成形过程温度场的数值模拟结果，计算结果包含整个成形过程中各类型单元的温度变化历程。

2.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，在所述步骤2中，将基板的三维模型和样件的三维模型按照长为ΔX，宽为ΔY，高为ΔZ的正六面体E_L单元离散，E_L单元各方向尺寸为热源激光光斑直径的2-10倍；定义E_M单元是长为ΔX，宽为ΔY，高为Δz的正六面体单元；定义E_s单元是长为Δx，宽为Δy，高为Δz的正六面体单元，Δx与Δy大小与热源激光光斑直径相同；定义N是正六面体E_L单元与正六面体E_s单元的尺寸比，即N为正整数。

3.根据权利要求2所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，设定区域为：所有Z方向坐标等于激光所在E_L单元坐标Z_c以及等于Z_c-1的E_L单元；将连同激光所处E_L单元在内的4×2×2个E_L单元1所包含的E_M单元再次细化分割为若干E_s单元。

4.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，被划分为E_s单元的区域跟随激光移动而改变。

5.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，E_s单元的高度Δz尺寸与实际打印铺粉层的厚相同。