一种电子束增材制造工艺仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种电子束增材制造工艺仿真方法，针对电子束增材制造工艺特点和数值模拟计算的需要，创新性地提出了针对该种工艺的增材制造仿真计算模型，并提出了增材工艺单元激活流程与热源位置定位流程，使其能构建合理的增材制造仿真计算模型并能够应用于电子束增材制造工艺中，实现对一个立方体增材工艺的全过程数值仿真。本发明专利技术实现了增材制造工艺计算流程化和高效化，能够对电子束增材制造工艺过程进行全过程仿真，可帮助改进增材制造的参数，为电子束增材制造工艺过程提供有效的仿真分析手段，为工艺流程优化提供了一种新的路径。径。径。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束增材制造工艺仿真方法


[0001]本专利技术属于电子束增材制造
，具体涉及一种电子束增材制造工艺仿真方法的设计。

技术介绍

[0002]电子束增材制造是一种以高能电子束作为热源，让材料(通常为金属粉末)经历熔融和凝固的过程，从而实现材料层层堆积的增材制造技术。与传统的制造方式相比，电子束增材制造可以快速制造零件，大大缩短研发周期并降低制造成本。针对该工艺设计与优化目前国内还主要依赖经验和多次试验验证，而国外则偏向于基础研究和工艺数值模拟。随着增材制造工艺在工业上的大量应用，通过数值模拟快速评估制造工艺的应力应变分布并对工艺参数进行调整已成为增材工艺中的不可或缺的部分。对电子束增材制造的工艺仿真是该技术在工业上大规模应用的重要保障。
[0003]为了实现电子束增材的工艺模拟，需要对增材制造全过程进行建模。在热源方面，已有大量学者与工程人员进行了研究，有较为充分的理论基础。在添加材料这一物理过程的建模上，目前还未有较好的仿真手段提出，难以实现较为便捷的增材仿真。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有电子束增材的工艺模拟方法难以实现较为便捷的增材仿真的问题，提出了一种电子束增材制造工艺仿真方法，能够快速完成增材制造的设置和增材制造工艺参数的优化。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种电子束增材制造工艺仿真方法，包括以下步骤：
[0006]S1、基于实际电子束增材过程，确定热源移动速度，并构建电子束增材制造立方模型。
[0007]S2、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型构建增材单元激活模型。
[0008]S3、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型构建热源位置模型。
[0009]S4、对增材单元激活模型和热源位置模型进行匹配。
[0010]S5、采用有限元软件对匹配后的增材单元激活模型和热源位置模型进行热传导分析，得到增材制造过程的温度场分布。
[0011]S6、对温度场分布进行分析，根据分析结果修改热源位置模型的参数，完善热源位置模型，实现对电子束增材制造工艺的仿真，并根据仿真结果对电子束增材制造的工艺流程进行改进。
[0012]进一步地，步骤S1中构建电子束增材制造立方模型包括确定立方模型的长L、宽W、高H和单元格尺寸L
element
，并设置长L沿着x轴方向，宽W沿着z轴方向，高H沿着y轴方向。
[0013]进一步地，步骤S2包括以下分步骤：
[0014]S21、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型建立增材单元激活序列：
[0015][0016]其中n
l
、n
w
、n
h
分别表示立方模型长、宽、高方向的单元个数，t
d
表示增材完成一个单元格所需时间，V
hs
表示热源移动速度。
[0017]S22、初始化设置时间t＝0，增材制造层数Row＝0，y轴方向参数y＝0.5L
element
。
[0018]S23、判断是否满足Row＜n
h
，若是则进入步骤S24，否则进入步骤S3。
[0019]S24、设置增材制造单元格数Column＝0，x轴方向参数x＝0.5L
element
。
[0020]S25、判断是否满足Column＜n
l
，若是则进入步骤S26，否则令增材制造层数Row加1，y轴方向参数y增加一个单元格尺寸L
element
，返回步骤S23。
[0021]S26、设置增材制造列数Line＝0，z轴方向参数z＝0.5L
element
。
[0022]S27、判断是否满足Line＜n
w
，若是则进入步骤S28，否则令增材制造单元格数Column加1，x轴方向参数x增加一个单元格尺寸L
element
，返回步骤S25。
[0023]S28、在t时刻激活坐标为(x,y,z)处的单元格，并令增材制造列数Line加1，z轴方向参数z增加一个单元格尺寸L
element
，时间t增加t
d
，返回步骤S27。
[0024]进一步地，步骤S3包括以下分步骤：
[0025]S31、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型计算增材完成一列所需时间t
line
和增材完成一层所需时间t
row
：
[0026][0027]t
row
＝t
line
n
l
[0028]S32、获取当前时间t和热源初始位置(x0,y0,z0)。
[0029]S33、根据当前时间t计算得到热源移动总距离d：
[0030]d＝V
hs
×
t
[0031]S34、根据当前时间t计算得到增材完成的总列数i、增材过程中在当前层的列数j和增材过程中的层数k：
[0032][0033]j＝mod(i,n
l
)
[0034][0035]其中floor(
·
)表示向下取整函数，mod(
·
)表示求余数函数。
[0036]S35、计算得到当前热源位置(x
hs
,y
hs
,z
hs
)：
[0037]x
hs
＝j
×
L
element
+x0[0038]y
hs
＝k
×
L
element
+y0[0039]z
hs
＝
‑
i
×
n
w
×
L
element
+d+z0[0040]本专利技术的有益效果是：
[0041](1)本专利技术针对电子束增材制造工艺特点和数值模拟计算的需要，创新性地提出了针对该种工艺的增材制造仿真计算模型，并提出了增材工艺单元激活流程与热源位置定位流程，使其能构建合理的增材制造仿真计算模型并能够应用于电子束增材制造工艺中，实现对一个立方体增材工艺的全过程数值仿真。
[0042](2)本专利技术通过构建的增材制造仿真计算流程，可以快速地完成模型的建立，不仅能提高仿真计算效率并且还具有流程化的优点，并能够为电子束增材制造工艺过程提供有效的仿真分析手段，为工艺流程优化提供了一种新的路径。
附图说明
[0043]图1所示为本专利技术实施例提供的一种电子束增材制造工艺仿真方法流程图。
[0044]图2所示为本专利技术实施例提供的电子束增材制造立方模型示意图。
具体实施方式
[0045]现在将参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束增材制造工艺仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于实际电子束增材过程，确定热源移动速度，并构建电子束增材制造立方模型；S2、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型构建增材单元激活模型；S3、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型构建热源位置模型；S4、对增材单元激活模型和热源位置模型进行匹配；S5、采用有限元软件对匹配后的增材单元激活模型和热源位置模型进行热传导分析，得到增材制造过程的温度场分布；S6、对温度场分布进行分析，根据分析结果修改热源位置模型的参数，完善热源位置模型，实现对电子束增材制造工艺的仿真，并根据仿真结果对电子束增材制造的工艺流程进行改进。2.根据权利要求1所述的电子束增材制造工艺仿真方法，其特征在于，所述步骤S1中构建电子束增材制造立方模型包括确定立方模型的长L、宽W、高H和单元格尺寸L
element
，并设置长L沿着x轴方向，宽W沿着z轴方向，高H沿着y轴方向。3.根据权利要求2所述的电子束增材制造工艺仿真方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：S21、根据热源移动速度和电子束增材制造立方模型建立增材单元激活序列：其中n
l
、n
w
、n
h
分别表示立方模型长、宽、高方向的单元个数，t
d
表示增材完成一个单元格所需时间，V
hs
表示热源移动速度；S22、初始化设置时间t＝0，增材制造层数Row＝0，y轴方向参数y＝0.5L
element
；S23、判断是否满足Row＜n
h
，若是则进入步骤S24，否则进入步骤S3；S24、设置增材制造单元格数Column＝0，x轴方向参数x＝0.5L
element
；S25、判断是否满足Column＜n
l
，若是则进入步骤S26，否则令增材制造层数Row加1，y轴方向参数y增加一个单元格尺寸L
element
，返回步骤S23；S26、设置增材制造列数Line＝0，z轴方向参数z＝0.5L

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏，彭堃恩，张博，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：