[发明专利]基于增材制造的异形截面管道设计方法、系统以及终端

说明书

本发明的基于增材制造的异形截面管道设计方法、系统以及终端，通过结合圆形截面多通道结构的初始设计参数设计出异形截面管道，可保证管道流线为水平方向时不需要添加内部支撑即可直接打印，且异形截面的几何参数对微通道内流体流动特性的影响不大，具有工程应用价值。与相比较采用传统制备技术得到的多通道结构相比，本发明可减轻多通道结构的重量，同时也减小了其多通道结构的体积并实现了一体化设计。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种基于增材制造的异形截面管道设计方法、系统以及终端。

背景技术

增材制造(additive manufacturing,AM)技术是20世纪80年代后期发展起来的新型制造技术。近些年，增材制造的发展十分迅速，由于其给予了设计师极大的设计自由度，并且在减重、减体积以及复杂零件加工方面有着显著的优势，在工业上得到广泛应用。选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术是一种应用广泛的金属增材制造技术，它基于离散-叠加成形原理，可以一次成形三维实体，与传统制造相比，它不受复杂结构的约束，克服了传统加工方式下的成型限制。

在工业界中多通道结构十分常见，用途也十分广泛，可应用于运输流体、分配流体、壁面换热和流体过滤等结构，比如航空发动机中的燃油喷嘴、航空液压壳体管路、液压系统中的阀块和三通管等。

通常，制备多通道结构是先采用锻造的方法整体成型胚料，再采用钻铣的方法加工流道。受限于这种分布加工的传统方法，流道只能采用直孔形式并且管路交叉沟通不灵活。例如液压阀块，由于受到传统加工工艺的限制，大多数液压阀块复杂且不易加工，转角和弯头较多、长度较长、管道突缩等造成流体能量损失较大、寿命和效率降低的恶劣影响，所以虽然液压阀块很容易满足连接各元件的要求，但却很难满足性能上的要求。再比如采用传统制造工艺制备的燃油喷嘴，其内部流道需存在退刀的工艺孔，易出现台阶，弯头处无法为圆弧状，这些都对流体和性能有负面影响。

因此，与传统制造相比，选区激光熔化的增材制造方法为多通道结构的设计提供了更大的自由度，可实现任意走向和任意曲率的管道制备，从而避免过多转角和弯头，使管道长度变短，实现减体积、轻量化设计。申请名称为《基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法》，申请号为CN110625115A的专利，总结了基于选区激光熔化制备技术，重新设计制造液压阀块及检测的工艺流程。申请名称为《一种基于残余应力修正的3D打印管道补偿设计方法》，申请号为CN113378386A的专利，通过对圆形管道进行补偿设计的方式来保证管道的成形效果。但这两篇专利都没有提到无支撑3D打印管道的可行性。目前采用选区激光熔化技术无法制备流线为水平方向的圆形管道，原因是当管道内径大于3mm时，需要添加内部支撑防止圆形管道在打印过程中塌陷，而打印结束后管道内部的支撑难以去除，这成为选区激光熔化技术制备多通道结构的壁垒。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于增材制造的异形截面管道设计方法、系统以及终端，用于解决现有技术中以上出现的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于增材制造的异形截面管道设计方法，应用于多通道结构，所述方法包括：获取圆形截面多通道结构的初始设计参数；其中，所述设计参数包括：具有圆形截面的多个管道分别所对应的圆形截面管道设计参数；基于异形截面管道选择条件，根据每个管道所对应的圆形截面管道设计参数选择需要进行异形截面设计的异形截面管道；基于异形截面设计规则，对所述异形截面管道进行异形截面设计，并获得所述异形截面管道所对应的异形截面管道设计参数；根据所述初始设计参数以及异形截面管道设计参数，设计生成异形截面多通道结构模型；通过抽取流体域分别对所述圆形截面多通道结构以及异形截面多通道结构模型进行流体仿真，并比较两者的仿真结果；若仿真结果一致，则将所述异形截面多通道结构模型导入3D打印软件，以供进行3D打印。

于本发明的一实施例中，所述圆形截面管道设计参数包括：管道流线方向、流道长度、内径大小以及壁面厚度。