[发明专利]脉冲激光3D打印一次枝晶间距预测方法、装置及介质

说明书

公开了一种脉冲激光3D打印一次枝晶间距预测方法、装置及介质。该方法可以包括：步骤1：计算热源，根据热源通过数值计算或有限元软件获得打印过程中的温度场信息；步骤2：使用相图软件计算材料热物性，材料热物性包括：固相线温度和液相线温度；步骤3：建立一次枝晶间距计算模型，计算脉冲激光3D打印过程中的一次枝晶间距。本发明通过计算模拟来选择、优化工艺参数，可行性强，适用于模拟激光3D打印过程，可用于3D打印的工艺研发，本发明可以缩短研发周期、降低研发成本，对于促进激光3D打印的发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及激光成形制造和快速成形技术领域，更具体地，涉及一种脉冲激光3D打印一次枝晶间距预测方法、装置及介质。

背景技术

金属激光3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，以数字化模型文件为基础，通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化，制造出实体产品的制造技术，日益成为国内外专家学者的研究热点。它与传统的，对原材料进行切削、组装的加工模式不同，是通过材料累加的原理，从无到有地制造产品的新型技术工艺。也正是由于3D打印的这种技术特点，使得它受到全球的广泛关注。与传统的铸造技术相比，3D打印不需要制备模具，缩短了零件的研发周期。与锻件相比，3D打印可在提供与其媲美的力学性能的同时实现复杂结构的成形。

纵然3D打印具有众多优点，但是其工艺参数的制定依旧是一大难题。特别是对于制备具有枝晶组织的高温合金样件。激光3D打印过程中涉及的工艺参数众多，如光斑直径、功率、扫描速度等。通过传统试错的方法来选择、优化工艺参数不但周期长、成本高，而且所得工艺参数具有很大的局限性，比如换一个形状尺寸的构件，所得工艺参数就需要重新优化。因此，有必要开发一种脉冲激光3D打印过程的一次枝晶间距预测方法、装置及介质。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种脉冲激光3D打印一次枝晶间距预测方法、装置及介质，其能够通过计算模拟来选择、优化工艺参数，可行性强，适用于模拟激光3D打印过程，可用于3D打印的工艺研发。本发明可以缩短研发周期、降低研发成本，对于促进激光3D打印的发展具有重要意义。

第一方面，本发明提供了一种脉冲激光3D打印一次枝晶间距预测方法，包括：

步骤1：计算热源，根据所述热源通过数值计算或有限元软件获得打印过程中的温度场信息；

步骤2：使用相图软件计算材料热物性，材料热物性包括：固相线温度和液相线温度；

步骤3：建立一次枝晶间距计算模型，计算脉冲激光3D打印过程中的一次枝晶间距。

优选地，所述热源为面热源，其表达式为：

其中，t是打印时间，T是随打印时间变化的温度，Q是热源，t₁是脉冲宽度，P是激光功率，η是激光吸收率，h_c(T₀-T)代表自然对流，h_c代表热传递系数，代表表面到环境的辐射，δ_b是Stefan–Boltzmann常数，ε是发射率，T₀是环境温度，r_b是激光半径，r是距离激光中心点的距离。

优选地，步骤1中获得所述温度场信息包括：

模拟打印过程中的温度场分布，追踪液相线等温面，进而获取等温面温度梯度。

优选地，建立一次枝晶间距计算模型包括：

通过所述液相线等温面与所述等温面温度梯度计算温度梯度和枝晶生长速度；

通过所述温度梯度和所述枝晶生长速度，计算均值参数；