[发明专利]一种自适应调控的激光增材制造扫描方法

权利要求书

1.一种自适应调控的激光增材制造扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：设计实验，获得成型工件的激光扫描速度与服役条件下应力区域的应力大小之间的关系；

步骤二：获得所述成型工件的CAD点阵结构模型，通过力学仿真软件对所述CAD点阵结构模型进行服役条件下的仿真分析，获取所述CAD点阵结构模型的应力分布云图；

步骤三：根据所述应力分布云图，将所述CAD点阵结构模型划分为不同的应力区域，并将所述应力区域所采取的激光扫描速度与步骤一中相同应力区域采取的激光扫描速度进行对应，不同所述应力区域之间所采用的激光扫描速度渐变；

步骤四：对于应力大的应力区域采用降低扫描速度的激光扫描方法，而对于应力小的应力区域采用提高扫描速度的激光扫描方法。

2.根据权利要求1所述的一种自适应调控的激光增材制造扫描方法，其特征在于，在步骤二中仿真分析的具体步骤为，

(2.1)网格划分：将所述CAD点阵结构模型导入力学仿真软件并离散成有限个数的单元，每个所述单元均包含多个节点；

(2.2)分析单元：单元的位移和单元内节点的位移之间的关系为：

{f}＝[N]{δ}ε

其中，{f}为单元的位列矩阵，{δ}ε为节点的位移阵列，{N}为插值矩阵；

则有单元的应变与节点的位移之间的关系为：

{ε}＝[B]{δ}ε

其中，[B]为单元的应变矩阵，{ε}为节点的应变列阵；

则有单元的应力与节点的位移之间的关系为：

{σ}＝[D][B]{δ}ε

其中，{δ}为单元的应力列阵，[D]为弹性矩阵；

则有单元刚度矩阵平衡方程为：

其中，[K]单元刚度矩阵，V_e为单元的体积，T为矩阵的转置；

根据最小势能原理，得到单元平衡方程为：

{F}ε＝[K]ε{δ}ε

其中{F}ε为单元等效节点力；

(2.3)分析整体：以单个单元平衡方程为基础，构建整体CAD点阵结构模型的势能计算公式；引入位移的边界条件，所述边界条件包括：压缩总位移为4mm；上装配面板的移动速度为30m/s，方向为垂直于平面方向向下；CAD点阵结构模型本身采用单面接触，摩擦系数和动态系数设置为0.3；CAD点阵结构模型和上装配面板、下装配面板之间采用自动的面对面接触，摩擦系数和动态系数设置为0.02；所述上装配面板和所述下装配面板分别装配在所述CAD点阵结构模型的上下部，其中所述下装配面板和所述CAD点阵结构模型之间刚性连接；

求解并计算所有节点的位移，最后求出所有单元的应力：

{F}＝[K]{δ}；

根据所有单元的应力，通过所述力学仿真软件获取所述CAD点阵结构模型的应力分布云图。

3.根据权利要求2所述的一种自适应调控的激光增材制造扫描方法，其特征在于，在步骤四中，根据得到的应力分布云图，对于应力大的应力区域，降低激光成形过程中的扫描速度，对于应力小的应力区域则提高激光成形过程中的扫描速度，并设定激光成形过程中的扫描速度的最高阈值和最低阈值，并将应力区域所采取的激光扫描速度与步骤一中相同应力区域采取的激光扫描速度进行对应。

4.根据权利要求3所述的一种自适应调控的激光增材制造扫描方法，其特征在于，对于步骤四通过降低激光成形过程中的扫描速度获取的细化晶粒进行验证，并对个别应力集中的点进行激光扫描速度修正，保证应力的均匀分布。