SLM增材制造工件成形取向的优化方法技术

本发明专利技术提供了一种SLM增材制造工件成形取向的优化方法，其包括步骤：获取工件三维模型；绕X轴和Y轴步进旋转工件三维模型，采用坐标变换得到每次旋转后的工件子模型；对各工件子模型空间离散，采用数值模拟方法计算各工件子模型在SLM增材制造成形过程的温度场；分析各工件子模型的温度场，确定各工件子模型的高温区，并将高温区按高低顺序排列后成N段，确定第j段中的高温区的平均温度T

Optimization method for forming orientation of SLM additive parts

【技术实现步骤摘要】
SLM增材制造工件成形取向的优化方法
本专利技术涉及增材制造领域，尤其涉及一种SLM增材制造工件成形取向的优化方法。
技术介绍
激光选区熔化(Selectivelasermelting，简称SLM)是一种重要的增材制造技术，工件的成形需要设计支撑，用于支撑工件的悬垂面。支撑设计和工件的成形取向密切相关，成形取向不同，支撑设计不同，由于悬垂面传热慢且容易产生热量集中，因此会影响打印工件的质量。另外，工件的成形取向常规的优化方法主要针对工件的拓扑结构特点进行优化，如直接判断不同取向下的悬垂面面积，通过比较悬垂面面积，选择最小或较小悬垂面面积对应的工件取向为工件最优取向。该方法将工件作为一个整体进行拓扑形状分析，不符合增材制造逐层成形的特点，因此不能完全适用于增材制造，悬垂面很可能仍存在大程度热量集中，优化效果不足，工件打印质量不高。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种SLM增材制造工件成形取向的优化方法，其使工件在增材制造过程中不易产生热量集中，从而不易产生应力集中和变形，因此工件能够顺利成形并提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SLM增材制造工件成形取向的优化方法，其特征在于，包括步骤：/n获取工件三维模型；/n绕三维空间坐标系O-XYZ的垂直于成形方向(Z)的X轴和Y轴步进旋转工件三维模型，绕X轴步进旋转的第一步进角度为Δα，且绕Y轴步进旋转的第二步进角度为Δβ，采用坐标变换得到每次旋转后的工件子模型M

【技术特征摘要】
1.一种SLM增材制造工件成形取向的优化方法，其特征在于，包括步骤：
获取工件三维模型；
绕三维空间坐标系O-XYZ的垂直于成形方向(Z)的X轴和Y轴步进旋转工件三维模型，绕X轴步进旋转的第一步进角度为Δα，且绕Y轴步进旋转的第二步进角度为Δβ，采用坐标变换得到每次旋转后的工件子模型Mpq,p＝0,1,2,…,[180°/Δα]，p表示绕X轴第p次旋转工件三维模型，q＝0,1,2,…,[180°/Δβ]，q表示绕Y轴第q次旋转工件三维模型；
对各工件子模型进行空间离散，采用数值模拟方法计算各工件子模型在SLM增材制造成形过程的温度场；
分析各工件子模型在SLM增材制造成形过程的温度场，确定各工件子模型的高温区，并将各工件子模型的高温区按高低顺序排列后分成N段，确定第j段中的高温区的平均温度Tj和第j段中的高温区数量Δnj，j＝1,…,N；
根据各工件子模型的第j段中的高温区的平均温度Tj和第j段中的高温区数量Δnj，按照高温区影响最小原则计算得到各工件子模型的温度均匀指数IT，挑选工件最优取向三维模型，工件最优取向三维模型为多个工件子模型中温度均匀指数IT最高的工件子模型；
对工件最优取向三维模型进行转换得到工件最优取向三维模型的STL格式文件，最优取向三维模型的STL格式文件用于工件(1)的增材制造。


2.根据权利要求1所述的SLM增材制造工件成形取向的优化方法，其特征在于，对各工件子模型进行空间离散，采用数值模拟方法计算各工件子模型在SLM增材制造成形过程的温度场包括步骤：
对工件子模型进行空间网格划分，以建立工件空间离散分析计算模型；
设定工件(1)的计算域随SLM增材制造成形过程为成形工件(1)时工件(1)的第一层成形表面到当前第i层成形表面(13)；
对工件空间离散分析计算模型在工件(1)的计算域内施加动态温度边界条件：
设置成形工件(1)时用于与基板(2)接触的工件(1)的第一表面(11)的温度边界条件为基板温度；
设置成形工件(1)时工件(1)的当前第i层成形表面(13)的瞬时温度边界条件为SLM增材制造工件的熔化温度，i＝2,…,M，M为成形总层数；
当i<M时，设置工件(1)的当前第i层成形表面(13)与第i+1层未成形表面之间的温度边界条件为绝热，当i＝M时，设置工件(1的)当前第i层成形表面(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：康进武，王想，王建庄，
申请(专利权)人：清华大学，武汉数字化设计与制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11