[發明專利]一種金屬材料激光3D打印原位預熱溫度的控制方法

有效

• 申請號: 201510976310.1
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105598448B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 王國偉;周亦胄;梁靜靜;楊彥紅;金濤;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y50/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

1.一種金屬材料激光3D打印原位預熱溫度的控制方法，其特征在于：該方法是在采用激光3D打印技術成形金屬材料零件過程中，通過計算模擬給出成形過程中的工藝參數，各工藝參數的耦合調整能夠改變熱輸入以及熱散失，從而控制成形過程中零件處于所需的預熱溫度；所述成形過程中的工藝參數是指邊界條件、激光功率、激光掃描速度、激光光斑大小和激光開光間歇時間；該方法包括如下步驟：

(a)根據所需制備零件的總高度H，將零件打印過程分為m個階段，對各個階段相應的工藝參數進行求解；

設1≤i≤m，打印零件的高度介于[H(i-1)/m，Hi/m]區間時，零件打印處于第i階段，將Hi/m高度時的零件形狀尺寸用于代表第i階段，并根據此時零件的形狀尺寸求解出第i階段的工藝參數；

(b)當i＝1時，即打印處于第1階段，此時零件尚未達到指定溫度；所以在進行第1打印階段之前，應該不加金屬粉末，使用第1階段的工藝參數預熱到所需預熱溫度，然后采用第1階段的工藝參數進行打印；第1階段打印完成后采用第2階段的工藝參數打印，依次進行，直到第m階段完成打印；

步驟(a)中，根據第i階段零件的形狀尺寸求解出第i階段工藝參數的過程如下：

(1)3D打印過程進行到第i階段，根據第i階段的零件形狀尺寸，確定其掃描路徑；

(2)給出第i階段零件打印的工藝參數初始值，若部分工藝參數必須采用定值則直接賦值，在步驟(4)的迭代計算中不予調整；除固定賦值以外的工藝參數，均選擇初始值用于迭代計算；初始值可以根據實驗經驗確定或者通過近似計算予以確定；

(3)定義工藝參數的表示符號：B代表邊界條件，P代表激光功率，V代表激光掃描速度，r代表激光光斑半徑，Dt代表激光間歇時間；T_零件代表零件第i階段所需預熱溫度；

根據步驟(2)確定的初始值，分別設為：B₁、P₁、V₁、r₁、Dt₁，通過初始值計算得到T₁，T₁是指在初始值條件下計算得到的預熱溫度；

(4)類似于數值計算的迭代過程：

根據T₁調整B₁、P₁、V₁、r₁、Dt₁的值，調整后得到工藝參數B₂、P₂、V₂、r₂、Dt₂，該工藝參數計算可以得到T₂；根據T₂調整B₂、P₂、V₂、r₂、Dt₂的值，調整后得到工藝參數B₃、P₃、V₃、r₃、Dt₃，該工藝參數計算可以得到T₃；以此類推，直至得到T_n，使T_n等于T_零件，此時對應的工藝參數為B_n、P_n、V_n、r_n、Dt_n，便是零件在第i階段能夠獲得所需預熱溫度T_零件的工藝參數。

2.根據權利要求1所述的金屬材料激光3D打印原位預熱溫度的控制方法，其特征在于：步驟(4)中，在迭代進行到第j次時，1≤j≤n，通過B_j、P_j、V_j、r_j、Dt_j計算得到T_j的過程如下：

(1)根據第i階段的零件形狀尺寸，建立三維模型；

(2)在有限元軟件中設置材料的物性參數；

(3)為三維模型劃分網格；

(4)加載邊界條件，輸入與B_j相關的邊界條件；

(5)設置激光的相關參數P_j、V_j、r_j、Dt_j；

(6)啟動有限元軟件計算得到T_j。

3.根據權利要求1所述的金屬材料激光3D打印原位預熱溫度的控制方法，其特征在于：在步驟(4)中，在迭代過程中工藝參數的調整方法如下：

設1≤k<n，表示迭代計算到第k次；

當T_k<＜T_零件時，增加B值；當T_k>>T_零件時，減小B值；

當T_k與T_零件相等時，B的值不作調整；

當T_k<T_零件時，增加P值、減小Dt值；

當T_k>T_零件時，減小P值、增加Dt值。