3D打印过程的计算机仿真研究
【摘要】本研究的目的是对3D打印过程的可视化仿真,并同时获得在打印过程中温度场、应力场的变化历程,从而实现对3D打印件变性、开裂、翘曲等性能的预测和分析,进而为修正设计和优化打印工艺提供可靠依据。本文以面向对象的编程思想为指导,通过在ABAQUS平台上使用Python程序创建打印过程中的各要素模型,将打印过程程序化。模拟程序以实体零件的CAD文件作为输入信息,按照横向来回扫描的打印头运动方式,把实体文件的数字模型转换成能完整包含打印过程和打印件信息的由颗粒单元数据构成的3D打印体数据模型。将网格节点组成网格单元,再将单元组成单个打印层。打印层的堆叠就形成了3D打印体数据模型。在3D打印体数据模型的基础之上,通过展示打印颗粒被不断添加的过程实现了对3D打印过程的可视化仿真。把打印过程中热量在打印体中的传递和耗散用等价的温度衰变规律描述,再计算颗粒在不同时刻的温度数值,就获得了3D打印体在打印过程中的温度变化历程。通过对3D打印过程的计算机仿真方法的研究,本文认为将3D打印过程等效和简化为打印颗粒的堆积过程是准确可行的。通过设定颗粒的温度衰变规律来简化打印过程中颗粒间的温度传导的计算方法是有效的。这种以构建3D打印过程的模型化对象的计算机仿真方法,对探索和发展3D打印技术的研究以及开发相应的仿真软件是具有通用性的。这也为后续实现温度场与应力场、位移场的耦合分析奠定了基础,为优化打印路径和热源参数提供了量化分析方法。这种全新的打印过程的可视化仿真方法也为变模型物理过程的计算机仿真提供了一种全新的思路。
【作者】张龙；
【导师】李旭东；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】3D打印；颗粒态模型；网格单元；可视化仿真；
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