[發明專利]一種用于模擬環形激光光內送粉的熱源模型

在審

• 申請號: 202210942652.1
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115169199A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 徐煥然;尹志超
• 申請（專利權）人: 揚州先臨三維云打印技術有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/18;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 揚州潤中專利代理事務所(普通合伙) 32315
• 代理人: 謝東

1.一種用于模擬環形激光光內送粉的熱源模型，其特征在于：在建立傳統圓形激光束光外送粉和環形激光光內送粉的有限元模擬的基礎上，基于高斯面熱源、雙橢球熱源、圓錐體熱源的推導機理，分析圓形激光和環形激光的能量分布，進而得到一種用于模擬環形激光光內送粉的熱源模型，并用此模型進行了環形激光光內送粉的數值模擬，具體包括如下步驟：

步驟一：基于容積式熱源及環形激光中空環狀錐形的空間分布和圓錐體熱源，采用面積乘以光斑厚度推導中空環狀錐形的體積V：

根據離焦量不同可分為兩種情況，環形激光光斑焦點在熔覆表面上和環形激光光斑焦點在熔覆表面下方，熔覆表面上方中空環狀錐形光斑的面積S有以下表達：

S＝πr·l₁±πr′·l₂

其中f環形光焦距，h為出光口到熔覆表面高度，r為環形激光出光口等效半徑，r′為環形激光照射到熔覆表面半徑；

帶入得：

光斑厚度2δ有：

其中R為光斑水平寬度的一半；

帶入有體積V：

步驟二：獲得隨高度z變化的環形半徑r_c以及z高度上的面熱源分布函數E：

其中r″為空間點(x，y，z)到z高度上的面熱源中心的距離：

步驟三：基于容積式體熱源其中K為熱流密度系數，P為激光功率，V為激光分布體積，帶入步驟一和二，得到用于模擬環形激光光內送粉的中空環狀錐形體熱源模型：

其中中空環狀錐形體熱源熱流密度系數K′根據實驗、模擬等手段反演設定；

同理，基于容積式面熱源可得用于模擬環形激光光內送粉的中空環狀錐形面熱源模型：

其中中空環狀錐形面熱源熱流密度系數K″根據實驗、模擬等手段反演設定；

步驟四：編寫熱源子程序，嵌入有限元軟件子程序接口，添加粉末源進行數值模擬計算，即可獲得環形激光光內送粉的溫度場、熔池熔道形成過程等。

2.根據權利要求1所述的一種用于模擬環形激光光內送粉的熱源模型，其特征在于：步驟三中的熱源模型可添加t時間項和v速度項，轉為移動熱源，如在x軸方向上移動的移動熱源：

熱源隨著時間t以速度v在x軸方向上移動。

3.根據權利要求1所述的一種用于模擬環形激光光內送粉的熱源模型，其特征在于：步驟三中的中空環狀錐形體熱源模型，依照激光頭實際參數設定好出光口半徑r和焦距f后，可根據實際熔覆表情況輸入激光頭距離熔覆表面的高度h，研究不同離焦量情況下的熔覆情況。