[发明专利]一种金属材料激光3D打印原位预热温度的控制方法

权利要求书

1.一种金属材料激光3D打印原位预热温度的控制方法，其特征在于：该方法是在采用激光3D打印技术成形金属材料零件过程中，通过计算模拟给出成形过程中的工艺参数，各工艺参数的耦合调整能够改变热输入以及热散失，从而控制成形过程中零件处于所需的预热温度；所述成形过程中的工艺参数是指边界条件、激光功率、激光扫描速度、激光光斑大小和激光开光间歇时间；该方法包括如下步骤：

(a)根据所需制备零件的总高度H，将零件打印过程分为m个阶段，对各个阶段相应的工艺参数进行求解；

设1≤i≤m，打印零件的高度介于[H(i-1)/m，Hi/m]区间时，零件打印处于第i阶段，将Hi/m高度时的零件形状尺寸用于代表第i阶段，并根据此时零件的形状尺寸求解出第i阶段的工艺参数；

(b)当i＝1时，即打印处于第1阶段，此时零件尚未达到指定温度；所以在进行第1打印阶段之前，应该不加金属粉末，使用第1阶段的工艺参数预热到所需预热温度，然后采用第1阶段的工艺参数进行打印；第1阶段打印完成后采用第2阶段的工艺参数打印，依次进行，直到第m阶段完成打印；

步骤(a)中，根据第i阶段零件的形状尺寸求解出第i阶段工艺参数的过程如下：

(1)3D打印过程进行到第i阶段，根据第i阶段的零件形状尺寸，确定其扫描路径；

(2)给出第i阶段零件打印的工艺参数初始值，若部分工艺参数必须采用定值则直接赋值，在步骤(4)的迭代计算中不予调整；除固定赋值以外的工艺参数，均选择初始值用于迭代计算；初始值可以根据实验经验确定或者通过近似计算予以确定；

(3)定义工艺参数的表示符号：B代表边界条件，P代表激光功率，V代表激光扫描速度，r代表激光光斑半径，Dt代表激光间歇时间；T_零件代表零件第i阶段所需预热温度；

根据步骤(2)确定的初始值，分别设为：B₁、P₁、V₁、r₁、Dt₁，通过初始值计算得到T₁，T₁是指在初始值条件下计算得到的预热温度；

(4)类似于数值计算的迭代过程：

根据T₁调整B₁、P₁、V₁、r₁、Dt₁的值，调整后得到工艺参数B₂、P₂、V₂、r₂、Dt₂，该工艺参数计算可以得到T₂；根据T₂调整B₂、P₂、V₂、r₂、Dt₂的值，调整后得到工艺参数B₃、P₃、V₃、r₃、Dt₃，该工艺参数计算可以得到T₃；以此类推，直至得到T_n，使T_n等于T_零件，此时对应的工艺参数为B_n、P_n、V_n、r_n、Dt_n，便是零件在第i阶段能够获得所需预热温度T_零件的工艺参数。

2.根据权利要求1所述的金属材料激光3D打印原位预热温度的控制方法，其特征在于：步骤(4)中，在迭代进行到第j次时，1≤j≤n，通过B_j、P_j、V_j、r_j、Dt_j计算得到T_j的过程如下：

(1)根据第i阶段的零件形状尺寸，建立三维模型；

(2)在有限元软件中设置材料的物性参数；

(3)为三维模型划分网格；

(4)加载边界条件，输入与B_j相关的边界条件；

(5)设置激光的相关参数P_j、V_j、r_j、Dt_j；

(6)启动有限元软件计算得到T_j。

3.根据权利要求1所述的金属材料激光3D打印原位预热温度的控制方法，其特征在于：在步骤(4)中，在迭代过程中工艺参数的调整方法如下：

设1≤k<n，表示迭代计算到第k次；

当T_k<＜T_零件时，增加B值；当T_k>>T_零件时，减小B值；

当T_k与T_零件相等时，B的值不作调整；

当T_k<T_零件时，增加P值、减小Dt值；

当T_k>T_零件时，减小P值、增加Dt值。