【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，尤其涉及一种考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法。
技术介绍
1、在增材制造领域，需要控制3d打印过程中材料的变形，这种变形主要由材料的热膨胀和不均匀冷却引起，且这种变形在复杂或大型工件的生产中尤其明显。目前，现有方法主要依赖于经验规则和试错来减少这种变形，例如调整打印参数、使用支撑结构等。然而，这些方法存在明显缺点：1)效率低：经验方法需要多次试验，耗时且成本高；2)准确性不足：由于增材制造过程的复杂性，经验方法难以准确预测每个特定情况下的变形；3)通用性差：针对特定材料或设计的解决方案难以适用于其他情况。
2、因此，现有技术还有待改进。
技术实现思路
1、针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，即提供一种效率高、准确性高、以及适用性广泛的新方法以预测和控制增材制造过程中材料的变形，旨在解决现有的变形控制方法效率低、准确性不足、且通用性差的技术问题。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，包括：
4、获取材料的材料属性；
5、利用所述材料属性和预设的工艺参数，建立增材制造微观仿真模型；
6、基于固有应变法，利用所述增材制造微观仿真模型，获得在预设的扫描时序下的所述材料在不同的时间间隔下的固有应变；
7、将所述固有应变作为输入，建立增材制造
8、利用所述增材制造宏观仿真模型，获得所述材料的热应力预测分布和热变形预测分布，以实现对增材制造过程的优化。
9、在一些实施例中，在所述获得所述材料的所述热应力预测分布和所述热变形预测分布的步骤之后，还包括：
10、利用所述热应力预测分布得到热应力优化值比例，利用所述热变形预测分布得到热变形优化值比例；
11、比较所述热应力优化值比例与预设的热应力优化阈值比例，并比较所述热变形优化值比例与预设的热变形优化阈值比例得到比较结果；
12、根据所述比较结果进行有效性验证，以实现对所述增材制造过程的优化。
13、在一些实施例中，若所述比较结果为所述热应力优化值比例大于等于所述热应力优化阈值比例，且所述热变形优化值比例大于等于所述热变形优化阈值比例，则所述增材制造微观仿真模型和所述增材制造宏观仿真模型有效；若所述比较结果为所述热应力优化值比例小于所述热应力优化阈值比例，和/或所述热变形优化值比例小于所述热变形优化阈值比例，则改变所述时间间隔直至所述增材制造微观仿真模型和所述增材制造宏观仿真模型有效。
14、在一些实施例中，所述材料属性包括：材料粒径、材料密度、材料熔点、材料热导率、材料热膨胀系数、材料弹性模量、材料屈服强度、材料纯度、以及材料组成成分；
15、所述工艺参数包括：激光扫描策略、激光扫描路径、激光扫描速度、激光功率、以及腔室温度。
16、在一些实施例中，所述利用所述材料属性和预设的所述工艺参数，建立所述增材制造微观仿真模型的步骤，包括：
17、使用有限元仿真分析软件，利用预设的几何尺寸划分网格，利用预设的初始条件和边界条件，并利用所述材料属性和预设的所述工艺参数，结合热-力耦合分析，建立所述增材制造微观仿真模型。
18、在一些实施例中，所述激光扫描策略为岛状扫描；
19、所述几何尺寸包括棋盘格的尺寸、所述棋盘格的数量、以及所述棋盘格的排布；
20、所述初始条件包括初始温度；
21、所述边界条件包括激光作用区域、热交换条件、以及环境约束条件。
22、第二方面，本专利技术提供一种考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化系统，包括：
23、材料属性获取单元，用于获取材料的材料属性；
24、微观仿真模型建立单元，用于利用所述材料属性和预设的工艺参数，建立增材制造微观仿真模型；
25、固有应变获取单元，用于基于固有应变法，利用所述增材制造微观仿真模型，获得在预设的扫描时序下的所述材料在不同的时间间隔下的固有应变；
26、宏观仿真模型建立单元，用于将所述固有应变作为输入，建立增材制造宏观仿真模型；
27、热应力和热变形获取单元，用于利用所述增材制造宏观仿真模型，获得所述材料的热应力预测分布和热变形预测分布，以实现对增材制造过程的优化。
28、在一些实施例中，所述系统还包括：
29、有效性验证单元，用于利用所述热应力预测分布得到热应力优化值比例，利用所述热变形预测分布得到热变形优化值比例；比较所述热应力优化值比例与预设的热应力优化阈值比例，并比较所述热变形优化值比例与预设的热变形优化阈值比例得到比较结果；根据所述比较结果进行有效性验证，以实现对所述增材制造过程的优化。
30、第三方面，本专利技术提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法的步骤。
31、第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法的步骤。
32、有益效果：本专利技术通过利用微观尺度仿真模型，来获得固有应变随扫描时间间隔的变化关系；并通过将从微观尺度得到的固有应变作为宏观尺度变形量预测的输入，实现对整个增材制造件的变形历史的准确预测，从而显著减少制造过程中的变形，提高制品的尺寸精度和结构完整性。同时，本专利技术的优化的扫描时序能够直接导致更均匀的热分布和较低的内部应力，从而减少变形和裂纹生成。因此，相比于现有技术，本方法显著提高了增材制造件的尺寸精度和结构完整性，更为高效、准确，适用于各种材料以及复杂几何的设计。
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1.一种考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，在所述获得所述材料的所述热应力预测分布和所述热变形预测分布的步骤之后，还包括：
3.根据权利要求2所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，若所述比较结果为所述热应力优化值比例大于等于所述热应力优化阈值比例，且所述热变形优化值比例大于等于所述热变形优化阈值比例，则所述增材制造微观仿真模型和所述增材制造宏观仿真模型有效；若所述比较结果为所述热应力优化值比例小于所述热应力优化阈值比例，和/或所述热变形优化值比例小于所述热变形优化阈值比例，则改变所述时间间隔直至所述增材制造微观仿真模型和所述增材制造宏观仿真模型有效。
4.根据权利要求2所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，所述利用所述材料属性和预设的所述工艺参数，建立所述增材制造微观仿真模型的步骤，包括：
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1.一种考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，在所述获得所述材料的所述热应力预测分布和所述热变形预测分布的步骤之后，还包括：
3.根据权利要求2所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，若所述比较结果为所述热应力优化值比例大于等于所述热应力优化阈值比例，且所述热变形优化值比例大于等于所述热变形优化阈值比例，则所述增材制造微观仿真模型和所述增材制造宏观仿真模型有效；若所述比较结果为所述热应力优化值比例小于所述热应力优化阈值比例，和/或所述热变形优化值比例小于所述热变形优化阈值比例，则改变所述时间间隔直至所述增材制造微观仿真模型和所述增材制造宏观仿真模型有效。
4.根据权利要求2所述的考虑扫描时序的增材制造多尺度仿真与优化方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的考虑扫描时序的增...
【专利技术属性】
技术研发人员：任慧琳，熊异，何健，查鑫萌，田雨沛，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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