[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

摘要

本发明公开了一种金属材料激光3D打印原位预热温度的控制方法，属于激光快速成形技术及其预热温度的控制领域。该方法在计算模拟的辅助下，通过控制金属材料3D打印过程中的边界条件、激光功率、激光扫描速度、激光光斑大小、激光开光间歇时间，实现金属材料的激光光成形过程中的原位预热。传统的电阻加热和感应加热需要额外设计加热装置，对激光成形设备的散热能力要求苛刻。本发明提供的原位预热方法，可以降低设备投入，实现打印过程中对金属材料温度的控制，满足金属材料激光3D打印过程中对预热温度的控制需求。

主权项

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Tn，使Tn等于T零件，此时对应的工艺参数为Bn、Pn、Vn、rn、Dtn，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。