粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法与流程

技术特征：

1.一种粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立成型零件的三维模型，并将成型零件的三维模型离散成有限元计算模型；

确立多个工艺参数的可选参数范围及材料的物理属性；

在任一工艺参数的可选参数范围内选择多个离散工艺参数值；

将多个离散工艺参数值转化为多个计算工况及多个热源载荷；

获得成型零件在各离散工艺参数值下的温度场计算模型；

获得成型零件在各离散工艺参数值下的应力场计算模型及应变场计算模型；

分析各离散工艺参数值下获得的温度场计算模型、应力场计算模型与应变场计算模型，获得优化的工艺参数值；

以成型零件的应力及应变最小为目标进行迭代计算，获得最优的工艺参数值。

2.根据权利要求1所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，在确立多个工艺参数的可选参数范围及材料的物理属性的步骤中，所述多个工艺参数包括拟铺粉厚度、激光功率、激光扫描宽度、扫描方式、扫描速度、光斑半径及搭接率。

3.根据权利要求2所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，在确立多个工艺参数的可选参数范围及材料的物理属性的步骤中，确立所述多个工艺参数的可选参数范围的因素包括粉末材料、粉末粒径、粉末形状及成型零件的结构形状。

4.根据权利要求1所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，在确立多个工艺参数的可选参数范围及材料的物理属性的步骤中，所述材料的物理属性包括导热系数、比热容、密度、焓值、弹性模量、屈服强度、泊松比及线膨胀系数。

5.根据权利要求4所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，在确立多个工艺参数的可选参数范围及材料的物理属性的步骤中：

若材料为金属单相粉末，则其物理属性为金属单相的固有物理属性；

若材料为合金粉末，则其物理属性通过公式计算得到，其中，x为合金的物理属性，rn、xn分别为合金中某种组元的浓度及物理属性。

6.根据权利要求1所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，所述将多个离散工艺参数值转化为多个计算工况及多个热源载荷的步骤之前还包括如下步骤：

根据材料和成型工艺参数确定有限元计算采用的单元类型；

其中，所述单元类型为含有位移及温度自由度的单元类型。

7.根据权利要求1所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，在将多个离散工艺参数值转化为多个计算工况及多个热源载荷的步骤中，热源载荷通过公式计算得到，其中，Q为激光功率，η为粉末对激光的吸收系数，r0为光斑半径，r为点到激光光斑中心的距离。

8.根据权利要求1所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，获得成型零件在各离散工艺参数值下的应力场计算模型及应变场计算模型的步骤还包括：

读取所述温度场计算模型中的多个温度数据；

将所述多个温度数据作为应力计算的载荷，设置未成形粉末的弹性模量及屈服强度值，并施加计算工况；

采用数学中的牛顿.拉夫逊方法求得多个应力数据；

通过多个应力数据，获得成型零件的应力场计算模型；

获得成型零件在各离散工艺参数值下的应力场计算模型。

9.根据权利要求8所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，所述获得成型零件在各离散工艺参数值下的应力场计算模型的步骤之后还包括：

将多个应力数据转化为多个应变数据；

通过多个应变数据，获得成型零件的应变场计算模型；

获得成型零件在各离散工艺参数值下的应变场计算模型。

10.根据权利要求8所述的粉末激光3D打印成型工艺的参数优化方法，其特征在于，所述读取所述温度场计算模型中的多个温度数据的步骤中，所述温度数据包括熔池深度、熔池宽度、最高温度、零件成型过程中温度场随时间的变化及熔池的凝固过程。