一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，包括对复杂零件进行数据采集，并对数据进行处理及模型特征拟合，对实体模型进行逆向重构，以得到复杂零件的三维数字模型，对SLM零件进行结构性能分析，以验证其相关性能指标，对重构模型进行复杂零件内部结构再设计，生成STL模型，将所述STL模型进行复杂零件数据分层后生成SLI模型，将所述SLI模型导入SLM设备并设定相应的工艺参数进行远择性激光熔化成形技术加工后得到最终轻量化实体零件，利用生成的最终轻量化模型通过选择性激光熔化成形技术加工出最终轻量化实体零件。本发明专利技术降低了零件整体制造时间，整体制造成本降低，满足了零件各部分的不同性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法
本专利技术涉及复杂零件轻量化设计
，特别是涉及一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法。
技术介绍
产品轻量化具有减轻重量、节约材料、提高产品性能、降低能源消耗及废气排放等优点，在航空航天、汽车、轨道交通、机器人等领域具有迫切需求。在航天领域，每增加1千克负载，火箭及燃料重量需要额外增加30～100千克。在航空领域，1倍的结构重量增加将引起动力、燃油等各种附加重量增加约4倍以上。汽车行业是目前轻量化需求最大的产业，实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％。综上所述，开展产品轻量化优化设计研究意义重大。轻量化技术主要分为三大类：新材料应用、新型结构设计的应用及特种加工工艺的应用。选区激光熔化(SLM，SelectiveLaserMelting)是一种基于粉末床的激光增材制造技术，通过高能束激光逐点逐层快速熔化凝固金属粉末直接成形金属零件，在新材料应用、新型结构设计及成形工艺方面均可为产品轻量化提供新的空间。现有技术中的复杂零件轻量化优化设计方法通常存在零件整体制造时间增加、整体制造成本增加，很难满足零件各部分的不同性能要求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，用于解决现有技术中的零件整体制造时间增加、整体制造成本增加，很难满足零件各部分的不同性能要求的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，包括：S1、通过数据采集模块对复杂零件进行数据采集，并对数据进行处理及模型特征拟合；S2、通过逆向重构模块对实体模型进行逆向重构，以得到复杂零件的三维数字模型；S3、通过结构性能分析模块对SLM零件进行结构性能分析，以验证其相关性能指标；S4、通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计；S5、通过STL模型生成模块生成STL模型，将所述STL模型进行复杂零件数据分层后生成SLI模型，将所述SLI模型导入SLM设备并设定相应的工艺参数进行远择性激光熔化成形技术加工后得到最终轻量化实体零件；S6、通过加工模块利用生成的最终轻量化模型通过选择性激光熔化成形技术加工出最终轻量化实体零件。在本专利技术的一实施例中，步骤S1中的对复杂零件进行数据采集包括对复杂零件的强度性能需求、耐磨性性能需求、抗空蚀性能需求、以及工艺参数的采集。在本专利技术的一实施例中，步骤S3中的对SLM零件进行结构性能分析包括对试件结构进行拉伸破坏试验、对试件结构进行压载试验。在本专利技术的一实施例中，步骤S4中的通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计包括：选择对受力影响不敏感的薄壁厚度作为复杂零件的蒙皮最佳厚度对复杂零件实体进行抽壳处理。在本专利技术的一实施例中，步骤S4中的通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计还包括：复杂零件结构拆分与典型骨架设计：通过对复杂零件功能意图、受力状况进行分析，对复杂零件进行模块化分割，建立典型结构的等强度骨架，根据不同的受力结构选择合适的填充骨架对复杂零件各个拆分结构进行填充，同时调整填充单元参数，得到复杂零件辅助骨架。在本专利技术的一实施例中，步骤S4中的通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计还包括：根据复杂零件的拓扑结构将复杂零件进行连接，对重构复杂零件进行有限元分析评估其安全系数，对复杂零件拆分单元填充参数进行调整，并根据复杂零件的工艺要求对复杂零件其他细微设计进行完善。在本专利技术的一实施例中，所述工艺参数采用激光功率选用69-125w，扫描速度选用620-720mm/s，光斑直径为50μm，曝光时间选用55-75μs，扫描间距选用115-130μm，层厚选用25-50μm。在本专利技术的一实施例中，所述工艺参数采用激光功率选用220-280w，扫描速度选用750-800mm/s，光斑直径为60μm，曝光时间选用30-50μs，扫描间距选用110-120μm，层厚选用50-70μm。在本专利技术的一实施例中，所述工艺参数采用激光功率选用130-220w，扫描速度选用660-720mm/s，光斑直径为70μm，曝光时间选用120-140μs，扫描间距选用80-120μm，层厚选用30-40μm。在本专利技术的一实施例中，所述基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法还包括：将所述最终轻量化模型进行复杂零件数据分层并设定相应的工艺参数，利用激光根据生成的最终轻量化模型及设定的工艺参数层层熔化金属粉末加工出最终轻量化实体零件。如上所述，本专利技术的基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，具有以下有益效果：本专利技术的基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法降低了零件整体制造时间，整体制造成本降低，满足了零件各部分的不同性能要求。本专利技术的基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法显著提高了各部分的性能，充分发挥了各部分的作用，零件实现了轻量化，力学性能、高摩擦磨损性能和抗空蚀性能都有提高，应用前景广泛。附图说明图1为本申请一个实施例提供的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法的工作原理图。图2为本申请实施例提供的图1中的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法的步骤S4的工作流程图。图3为本申请又一个实施例提供的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法的工作原理图。图4为本申请实施例提供的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计系统的结构框图。元件标号说明10、数据采集模块20、逆向重构模块30、结构性能分析模块40、设计模块50、STL模型生成模块60、加工模块具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参阅图1，图1为本申请一个实施例提供的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法的工作原理图。本专利技术提供一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，包括：步骤S1、通过数据采集模块10对复杂零件进行数据采集，并对数据进行处理及模型特征拟合。步骤S2、通过逆向重构模块20对实体模型进行逆向重构，以得到复杂零件的三维数字模型。步骤S3、通过结构性能分析模块30对SLM零件进行结构性能分析，以验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，其特征在于，包括：/nS1、通过数据采集模块对复杂零件进行数据采集，并对数据进行处理及模型特征拟合；/nS2、通过逆向重构模块对实体模型进行逆向重构，以得到复杂零件的三维数字模型；/nS3、通过结构性能分析模块对SLM零件进行结构性能分析，以验证其相关性能指标；/nS4、通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计；/nS5、通过STL模型生成模块生成STL模型，将所述STL模型进行复杂零件数据分层后生成SLI模型，将所述SLI模型导入SLM设备并设定相应的工艺参数进行远择性激光熔化成形技术加工后得到最终轻量化实体零件；/nS6、通过加工模块利用生成的最终轻量化模型通过选择性激光熔化成形技术加工出最终轻量化实体零件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，其特征在于，包括：
S1、通过数据采集模块对复杂零件进行数据采集，并对数据进行处理及模型特征拟合；
S2、通过逆向重构模块对实体模型进行逆向重构，以得到复杂零件的三维数字模型；
S3、通过结构性能分析模块对SLM零件进行结构性能分析，以验证其相关性能指标；
S4、通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计；
S5、通过STL模型生成模块生成STL模型，将所述STL模型进行复杂零件数据分层后生成SLI模型，将所述SLI模型导入SLM设备并设定相应的工艺参数进行远择性激光熔化成形技术加工后得到最终轻量化实体零件；
S6、通过加工模块利用生成的最终轻量化模型通过选择性激光熔化成形技术加工出最终轻量化实体零件。


2.根据权利要求1所述的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，其特征在于：步骤S1中的对复杂零件进行数据采集包括对复杂零件的强度性能需求、耐磨性性能需求、抗空蚀性能需求、以及工艺参数的采集。


3.根据权利要求1所述的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，其特征在于：步骤S3中的对SLM零件进行结构性能分析包括对试件结构进行拉伸破坏试验、对试件结构进行压载试验。


4.根据权利要求1所述的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，其特征在于，步骤S4中的通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计包括：
选择对受力影响不敏感的薄壁厚度作为复杂零件的蒙皮最佳厚度对复杂零件实体进行抽壳处理。


5.根据权利要求4所述的一种基于SLM工艺的复杂零件轻量化优化设计方法，其特征在于，步骤S4中的通过设计模块对重构模型进行复杂零件内部结构再设计还包括：
复杂零件结构拆分与典型骨架设计：通过对复杂零件功能意图、受力状况进行分析，对复杂零件进行模块化分割，建立典型...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋彬，夏建强，
申请(专利权)人：安徽恒利增材制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34