[发明专利]一种基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法

权利要求书

1.一种基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）分析待加工零件的性能需求以确定影响因子，并根据影响性能机理研究确定待加工零件的性能数据对应的信息处理方式，同时分别对待加工零件进行多物理场的仿真与处理、以及进行几何场的计算，以确定不同物理场对输入性能数据的影响权重因子、以及几何特征与性能空间分布的信息，进而建立多维度信息耦合模型；所述多维度信息耦合模型的表达式为：

式中，（x,y,z）为待加工零件三维模型空间内的位置坐标；A、B、C、D为各种场信息的权重因子，权重因子为0时表示该场信息对所需性能没有影响，T、、sdf分别代表温度场、应力场、距离场，g为视具体性能和加工要添加的其他场信息；

（2）基于得到的所述多维度信息耦合模型建立从多信息场到工艺参数的映射模型，实现多信息场到工艺信息的映射；映射模型的建立包括以下子步骤：

（21）对于待加工零件几何空间中的任一位置（x,y,z），有综合场耦合因子多信息耦合场的表达式：，其中A、B、C、D分别为各种场信息的权重因子，T、、sdf分别代表温度场、应力场、距离场，g为视具体性能和加工要加添加的其他场信息；F为多信息场到工艺信息的映射关系；

（22）进行工艺试验以确定多工艺参数下的性能表现，建立工艺信息到性能的量化关联模型和工艺参数数据库；

（23）根据步骤（21）及步骤（22），对于模型中任一位置处具有综合信息场耦合因子，根据其所欲达到的性能要求在工艺参数数据库中查询，以获得工艺信息，即建立了综合信息场耦合因子到的映射关系；

（3）基于映射模型得到待加工零件的工艺分布，进而划分得到待加工零件的最小工艺调控单元；

（4）解析出调控最小单元的工艺参数，并进行路径规划，进而根据得到的工艺参数及路径设置加工指令，以进行激光增材制造。

2.如权利要求1所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：将应力场、温度场分布用隐式函数或者水平集数据统一表达；对于应力场能够建立动力学方程，进而获得应力分布信息，表达为应力场因子水平集数据。

3.如权利要求2所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：根据材料的能量吸收效率及固液相内部和相互间的传热系数确定温度场对应的模型中的温度场分布，表达为温度场因子水平集数据。

4.如权利要求1所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：几何场包括待加工零件的几何特征和性能的空间分布信息表达，将几何特征量化表达为距离场因子。

5.如权利要求4所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：通过研究几何特征与工艺过程的关联模型，将几何特征量化为几何因子，实现从统一的几何因子到工艺信息分布的映射。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：对于，有数据库D，

，其中p1等代表性能，e1等代表其对应的参数集合，e11等代表具体的参数组合；映射关系表述为规则G，具体为：

G1，在数据库中查询性能信息对应的参数集合，得到参数集合E，若为零件的起始位置，则在集合E中随机选取一组参数，否则，执行G2；

G2，搜索周围位置，即对于，，，，，，根据其参数信息e1,e2,e3,e4,e5,e6，在集合E中选取Ei，使得最小，Ei代表（x,y,z）处的参数，ej代表（x,y,z）周围6个位置处的参数，表示Ei与ej的差距之和。

7.如权利要求6所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：最小工艺调控单元的大小基于激光源的光斑大小、激光控制系统调制信号的频率、扫描速度以及熔池的大小确定。

8.如权利要求7所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：综合考虑能量密度和其相关工艺参数的影响关系和扫描路径方式对熔池形貌的影响机理，解析出每一最小工艺调控单元的工艺参数。

9.如权利要求8所述的基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，其特征在于：所述工艺参数包括激光功率、扫描速度、填充路径的扫描间距、光斑半径，扫描方式。