[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

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种基于多维度信息耦合调控性能的激光增材制造方法，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，进而建立多维度信息耦合模型；(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；(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。本发明实现了多信息对加工的有效指导。

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法。

背景技术

增材制造技术是结合了计算机辅助设计技术和材料加工技术，将零件的三维模型进行数据处理后，通过控制加工系统，采用挤压、烧结、熔融等方式让材料逐层堆积，以这种材料累加的方式加工出最终的实体模型。激光增材制造则是采用高能束激光作为能量源，逐层堆积材料成形的制造方法。由于增材制造在制造复杂几何模型上相较传统材料成形的制造方法拥有极大的优势，目前越来越多的应用到航天和医疗等领域。

在激光增材制造加工过程中，制件的综合性能、成形精度受到多种因素的复杂影响，其中工艺参数的设置直接影响到零件的最终性能及成形质量。加工过程中，不同的激光功率、扫描速度、扫描方式会直接影响到温度的分布及熔池的形貌尺寸，继而影响材料成形出不同的组织，拥有不同的性能。在目前的增材制造领域中，零件的性能要求逐渐从传统的匀质性能到梯度性能发展，这是应用领域中一种实际而迫切的需求。例如在航天制造中涡轮的叶盘需要有较高的高温性能，其组织为柱状晶。增材制造逐层材料累积、逐点、逐域成形的工艺特点使得调控工艺参数可以实现零件在不同的部位获得不同的组织和性能。由于增材制造工艺复杂，影响因素众多，如何构建零件性能需求设计与工艺信息模型的关联，实现零件不同部位有不同性能的工艺制造存在极大的困难。目前，本领域研究人员提出了一种解决方法，如专利CN202110428885.5公开了一种基于多段耦合调控性能的激光增材制造方法，其提出了在零件的不同部位设定不同的铺粉厚度参数，达到改变零件不同部位的孔隙率从而具有不同性能的方法。该方法仅仅通过单一参数调节改变零件的某一性能，无法满足零件更加丰富的性能调控要求，其调控手段单一，调控的性能也单一，未能建立起系统的调控手段。又如专利CN201410436443.5公开了一种同质功能梯度材料及结构的激光增材制造方法，其提出了将不同的功能映射为不同的温度，采用有限元计算出工艺参数来构建温度梯度分布以实现零件的功能梯度的方法。该方法仅仅提供了一种构建温度梯度得到梯度性能的方法，并没有面向性能设计建立系统的工艺调控策略，无法针对更加灵活的性能设计进行工艺的控制来达到其性能要求。综合来看，目前这些研究都只局限于依据单一信息进行参数设置，无法发挥综合多种信息对工艺的指导效果，同时传统的参数调节都只局限于整体或分层或分区路径，无法实现由性能信息到工艺参数的精细调控。目前也并没有一种针对性能设计，综合多信息耦合的工艺调控方案来实现零件不同部位有不同性能要求的方法，没有系统地建立性能要求到工艺信息的关联模型。故，本领域亟需一种实现性能信息到工艺信息的映射模型，指导工艺精准调控以实现零件的异质性能需求的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，所述方法面向零件的性能设计、分析性能需求，选择与之相关的影响因子，可以通过应力场、温度场及其他物理场的仿真、模型几何特征的识别，以计算出零件的统一多维信息场表达，并建立多维度信息耦合场到工艺信息的映射模型，采用划分最小工艺调控单元的方法解析得到每一单元处的工艺参数，设置加工指令以进行加工。所述方法可以精准调控零件的加工工艺，实现零件在不同部位有不同性能的需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于多维信息耦合调控性能的激光增材制造方法，所述方法主要包括以下步骤：