【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3d打印，特别涉及一种用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法。
技术介绍
1、选择性激光熔化（selective laser melting, slm）是一种用于3d打印中的金属增材制造技术，其工作原理是通过高能激光束在预铺粉末床表面进行选择性扫描，使材料快速熔化并凝固，从而逐层叠加形成三维实体。slm 技术具有较高的制造自由度，可用于生产复杂结构、轻量化部件以及具有优异性能的产品。这项技术已被广泛应用于航空航天、医疗器械和汽车等高端制造领域。
2、在 slm 技术中，熔池的动态行为是影响最终产品质量的关键因素之一。slm 制备过程中涉及复杂的多物理场交互，包括热传导、流体动力学、激光与材料的相互作用等。熔池的宽度、深度以及温度分布等特性直接决定了制件的微观结构、力学性能和尺寸精度。由于 slm 工艺涉及快速升温和冷却的过程，熔池内的金属流动、热传导以及表面张力相互作用，导致熔池的形态复杂且难以预测。特别是熔池宽度的变化会直接影响扫描道的搭接程度，从而影响整体成形质量。例如，熔池宽度过小可能导致扫描道间未完全熔合，而宽度过大则可能导致过烧或气孔缺陷的产生。因此，准确预测和控制熔池宽度是提高成形质量和工艺稳定性的核心问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，基于计算流体动力学软件模拟，通过对热源模型的改进及考虑气体流场影响，进行选区激光熔化技术的熔池宽度预测，提高热源建模的准确性
2、为实现上述目的，本专利技术公开了一种用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其包括步骤：
3、s1、构建粉床模型，并获取粉床中每个颗粒的坐标信息；
4、s2、将粉床模型进行几何网格模型创建，几何网格模型包括基板、粉末床及气体域；
5、s3、将几何网格模型输入计算流体动力学软件，根据获取的每个颗粒的坐标信息生成粉床颗粒并确定所用待融化材料的属性；
6、s4、在计算流体动力学软件中选择设置物理模型，物理模型至少包含热源模型、热传导模型、流体动力学模型、相变模型、表面张力模型和湍流模型；
7、s5、对各物理模型进行设置，包括：
8、在热源模型中设置热源为光线追踪热源，在光线追踪热源中，光线追踪热源范围内任意一点内水平离散强度为：
9、；
10、其中，为激光束的强度分布，为激光功率，为激光束半径，和分别为激光束离散后每条光线在和方向上的中心原点坐标，和分别为离散前激光束轴线在和方向上的中心坐标，为光线离散间距；
11、s6、根据缩小模型后雷诺数不变及按缩小比例调整原则，计算等效气体流速，进行气体域气体流场的加载；
12、s7、对计算流体动力学软件初始化及参数设置后进行激光熔化模拟，测量得到熔池尺寸。
13、进一步地，步骤s6中的按缩小比例调整原则，具体为：
14、等效气体流速根据缩小比例调整为：
15、；
16、其中，为调整后气体流速，为调整前气体流速，是模型缩小的比例。
17、进一步地，步骤s5中光线追踪热源范围内任意一点内水平离散强度表达式中的坐标、及间距在热源模型中设置获取。
18、进一步地，步骤s5的光线追踪热源中还包括：
19、根据镜面反射定律计算反射光线方向：
20、；
21、其中，为反射光线方向，为入射光线方向，为反射法向量。
22、进一步地，步骤s5的光线追踪热源中还包括：
23、反射光线功率更新：
24、；
25、其中，为反射光线功率，为入射光线功率，为菲涅耳反射率，为入射角度。
26、进一步地，光线追踪热源中判断光线失效的条件包括：入射光线功率降至初始功率的标定比例以下，则光线被视为失效，不再参与后续计算。
27、进一步地，标定比例为5%。
28、进一步地，光线追踪热源中判断光线失效的条件还包括：光线的路径完全离开材料表面区域，且不再有表面粒子可以与光线发生交互，则该光线失效。
29、进一步地，所述步骤s4中表面张力模型中的表面张力为：
30、；
31、其中，为表面张力，为表面张力系数，为表面曲率，为自由界面法向的单位向量，为每个网格的平均密度，为平均密度，，、分别代表金属相的体积分数和气体相的体积分数，为金属密度，为气体密度，为金属体积分数的模。
32、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
33、1、本专利技术通过将激光束离散为多条光线，分析光线在空间中传播、反射、折射及与材料表面的相互作用，捕捉激光熔化表面异质性、多重反射效应，以及入射角依赖的菲涅耳反射特性，对热源模型的改进从而提高热源建模的准确性。
34、2、本专利技术在激光光线折射、反射多次迭代计算过程中，采用动态划分sph粒子的方法，在低需求区域，如平稳区域或远离流动核心的区域，将多个粒子合并为一个粒子，减少计算开销，提高了计算效率。
35、3、本专利技术在模拟过程中，进行气体流场的加载，气体流场速度通过雷诺数不变的控制及缩小比例调整，计算出等效气体流速，有效模拟了实际增材制造过程中保护气体或工艺环境对熔池的影响。
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1.一种用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，其包括步骤：
2.根据权利要求1所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤S6中的按缩小比例调整原则，具体为：
3.根据权利要求1所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤S5中光线追踪热源范围内任意一点内水平离散强度表达式中的坐标、及间距在热源模型中设置获取。
4.根据权利要求3所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤S5的光线追踪热源中还包括：
5.根据权利要求4所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤S5的光线追踪热源中还包括：
6.根据权利要求5所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，光线追踪热源中判断光线失效的条件包括：
7.根据权利要求6所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，标定比例为5%。
8.根据权利要求5所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽
9.根据权利要求2所述的用于3D打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤S4中表面张力模型中的表面张力为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，其包括步骤：
2.根据权利要求1所述的用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤s6中的按缩小比例调整原则，具体为：
3.根据权利要求1所述的用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤s5中光线追踪热源范围内任意一点内水平离散强度表达式中的坐标、及间距在热源模型中设置获取。
4.根据权利要求3所述的用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，步骤s5的光线追踪热源中还包括：
5.根据权利要求4所述的用于3d打印选区激光熔化技术的熔池宽度预测方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雪峰，朱大鹏，王自强，吴朋越，冯云龙，陈龙飞，
申请(专利权)人：杭州易加三维增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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