一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法技术

本发明专利技术创造提供了一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，包括：S1、通过EDEM软件建立一个粉床颗粒模型；S2、选择粉床颗粒材质，对粉床颗粒模型进行网格划分；S3、建立模拟所需热传递及熔池驱动力的多物理场模型；S4、选择激光功率和扫描速度为对象分别对多组不同工艺参数进行模拟。本发明专利技术创造提供了一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，通过离散元法建立粉床模型，构建传热和熔池驱动力多物理场模型通过对单熔道成型进行数值模拟，得到最终形貌结果；对成型后的单熔道进行评价，分析缺陷现象，为工艺参数的优化提供参考。

A numerical simulation method for prediction of defects in laser selective melting single channel forming

【技术实现步骤摘要】
一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法
本专利技术创造属于激光选区熔化领域，尤其是涉及一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法。
技术介绍
激光选区熔化是利用激光束，按照预定路径，将预先铺设在二维截面上的金属粉末熔化，由下而上逐层熔化并凝固形成实体零件；SLM成型中，单熔道最基本的成型单元，单熔道的成型缺陷直接影响最终的产品质量，构建高质量的单熔道是金属制件打印成功的必不可少条件；数值模拟可以直观、快速的预测单熔道成型中产生的缺陷现象，对工艺参数选择提供参考；但现有大部分SLM模拟将金属粉末简化为具有一定特性的连续几何体，无法准确描述粉末颗粒特性，模拟时只考虑传热机制，未考虑熔池驱动力；同时传热考虑因素不全面，对蒸发散热，对流散热未考虑，没有考虑熔池在激光下的流动变形，导致模拟精度不高，无法准确预测熔道产生的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：...

【技术保护点】
1.一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，包括：/nS1、通过EDEM软件建立一个粉床颗粒模型；/nS2、选择粉床颗粒材质，对粉床颗粒模型进行网格划分；/nS3、建立模拟所需热传递及熔池驱动力的多物理场模型；/nS4、选择激光功率和扫描速度为对象分别对多组不同工艺参数进行模拟。/n

【技术特征摘要】
1.一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，包括：
S1、通过EDEM软件建立一个粉床颗粒模型；
S2、选择粉床颗粒材质，对粉床颗粒模型进行网格划分；
S3、建立模拟所需热传递及熔池驱动力的多物理场模型；
S4、选择激光功率和扫描速度为对象分别对多组不同工艺参数进行模拟。


2.根据权利要求1所述的一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中建立粉床颗粒模型的具体方法包括：
S11、按真实粉末尺寸及比例构建粉床球形颗粒；
S12、按照真实粉末的填充密度，使粉床球形颗粒充满方形容器中；填充密度为真实粉末在粉床上的振实密度；
S13、导出粉床球形颗粒的坐标和半径，进行建模。


3.根据权利要求1所述的一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S2的具体方法包括：
S21、粉床球形颗粒模拟材料选择不锈钢材料，颗粒直径范围为10-60μm；
S22、对粉床模型进行网格划分，使得单个网格尺寸为3-7μm，划分网格数量为40-60万；
S23、设置计算中的最小和最大时间步长分别为e-12s、e-8s。


4.根据权利要求3所述的一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S21中不锈钢材料选择316L型不锈钢。


5.根据权利要求3所述的一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S22中，单个网格尺寸为5μm，划分网格数量为50万。


6.根据权利要求1所述的一种预测激光选区熔化单熔道成型缺陷的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中热传递模型建立方法为：
S31、采用高斯面热源模型作为热源模型；高斯面热源方程为：



其中：P为激光功率/W；R为激光光斑半径/m；r为熔化区域任意点到激光中心的距离/m；A...

【专利技术属性】
技术研发人员：田华，曹志伟，辛毅，蔡养川，韩俭，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12