[发明专利]一种多尺度优化增材制造基板的方法及其基板

权利要求书

1.一种多尺度优化增材制造基板的方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、建立基板和打印件的几何模型；

S2、设定增材制造时的工艺参数，确定基板的设计域；

S3、设定基板和打印件的材料参数，对基板和打印件进行网格划分，将基板和打印件结构离散为连续网格单元，以网格单元的密度作为设计变量，基于网格映射法，进行热力耦合有限元分析，计算得到打印过程中基板上的温度分布、应力分布和位移分布；

S4、将计算得到的基板上的位移分布作为基板的位移边界条件，建立以结构刚度最大化为目标函数、并以体积限制阈值为约束条件的宏观拓扑优化模型，并基于固体对同性材料惩罚模型，引入惩罚因子，进行迭代计算，得到宏观拓扑结构；

S5、进行晶格拓扑优化，将微观晶胞简化为二维结构，并将二维结构离散为网格单元，以网格单元密度为设计变量，基于水平集法，结合最优化准则，以刚度最大化为目标，计算得到微观拓扑晶格结构；

S6、将微观拓扑晶格结构等间距点阵排列嵌入宏观拓扑结构的一定区域中，得到所需的多尺度优化的基板拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S1的几何模型还进行一定的简化，将激光能量简化为空间上呈高斯分布的体热源，先进行热分析，得到激光加热过程中基板上的温度分布，再将基板上的温度作为热边界载荷，进行热力耦合有限元分析。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S2基板的设计域在确定时，预留基板的固定位置和基板上部空间用于承载粉末的预留层，作为非设计域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S3在进行热力耦合有限元分析时，进行网格无关化验证。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S4在建立宏观拓扑优化模型时，设计域内的材料填充率在[0,1]之间变化，填充率为0表示无材料，1表示实心材料；并设定一个阈值，低于此阈值设置为0，高于此阈值设置为1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S5在晶格拓扑优化时，设置一个拉格朗日算子以防止优化结构陷入局部最优解。

7.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述的S2中的工艺参数包括激光功率，激光速率，光斑直径和激光扫描方式。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的S6在将微观拓扑晶格结构等间距点阵排列嵌入宏观拓扑结构时，加入制造工艺约束，以满足可制造性；宏观拓扑优化结构进行光顺，以得到连续的边界。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：本方法还包括S7、基于有限元法，使用S3的工艺参数进行计算，比较优化前后基板的变形，以验证基板刚度的优化。

10.一种基板，其特征在于：采用权利要求1至9中任意一项所述的方法设计得到。