[发明专利]一种激光3D打印过程的实时模拟方法

摘要

本发明公开了一种激光3D打印过程的实时模拟方法，属于激光成形制造和快速成型领域。该方法对粉末的分布状态进行描述，计算了粉末熔化过程的能量需求，得到了零件在打印过程中的形状尺寸变化。该方法在计算模拟的辅助下，可以对激光3D打印过程进行实时模拟，得到激光3D打印过程中的温度场等信息。现有的激光成形工艺筛选方法依赖于大量的实验数据，实验周期长成本高。本发明可以对不同工艺参数的激光3D打印过程进行实时模拟。在实验加工之前对工艺参数进行预判，筛选出合适的工艺参数。本发明可以大幅度提高激光成形工艺的研发速度，并降低研发成本。

主权项

1.一种激光3D打印过程的实时模拟方法，其特征在于：该方法通过对粉末供给、粉末熔化的能量供给和打印过程零件体积变化的计算模拟，实时显现激光3D打印过程，并能够获得打印过程中的温度场信息；该方法具体包括如下步骤：(1)模拟打印过程中的粉末供给量，包括送粉设备的粉末供给量和铺粉设备的粉末供给量；送粉设备的粉末供给量模拟如下：如果对粉末分布的精度要求高，采用测量数据配合插值函数对送粉量进行模拟；如果对粉末分布的精度要求不高，粉末在半径Rfr内近似均匀分布，则坐标(x,y)处的单位时间单位面积上的粉末供给量Mrh表达式如式(1)：Mrh＝Mfr/(π×Rfr²)×sign{sign[Rfr²‑(x‑x1)²‑(y‑y1)²]+1}   (1)式(1)中Mfr表示单位时间的送粉量，单位为kg/s；(x1,y1)为送粉中心；(2)模拟粉末熔化过程中的能量，该能量由熔池和激光照射共同提供；(3)粉末与零件焊合以后，对零件体积的变化进行模拟；(4)使用数值计算或有限元软件获得打印过程中的温度场信息。