上海交大 增材制制激光径取布局拓扑协同优化设

　　近期，上海交通大学机械取动力工程学院周明东传授团队正在增材制制范畴国际出名期刊《Additive Manucturing》上颁发了题为“Concurrent optimization of laser scanning path and structural topology for thermal distortion control in additive manucturing”的研究论文，提出了一种增材制制激光径取本体-支持布局拓扑协同优化设想方式，旨正在处理分手式迭代设想热变形节制难、研发周期长、制形成本高的问题，实现正在全体布局制制过程热变形可控的环境下，本体布局力学机能优化并降低支持材料用量。鞭策“先布局设想，质量驱动的布局-工艺一体化设想”新阶段。论文第一做者为上海交通大学博士研究生黄晓禹，通信做者为上海交通大学传授周明东，合做者包罗南方科技大学熊异长聘副传授。布局拓扑优化取激光增材制制连系可实现高机能复杂轻质构型设想制制，但增材拓扑构件正在制制过程易发生大热变形，严沉成形质量。保守“先拓扑优化，再工艺调控”的模式凡是先以机械机能为目标对本体拓扑构型开展优化设想，再通过支持结构设想取激光扫描策略优化来降低热变形。因为本体、支持、激光径彼此依赖，配合决定机能取质量，一旦初始设想难满脚热变形目标，需对三者频频调整试错，导致设想冗余、研发周期长、本研究提出一种激光径取本体拓扑、支持拓扑协同优化设想方式，将变密度法取棋盘格扫描模式连系来矫捷地对复杂布局拓扑及其激光径进行一体化参数表达，基于固有应变法对变激光径下拓扑布局的热变形进行高效预测和节制。采用悬空角束缚取最小特征尺寸节制优化设想布局满脚几何可制制性。取仅布局拓扑优化设想成果比拟，显著降低支持布局材料用量。此外，比拟“先布局优化，再径优化”的设想模式，协同优化正在热变形节制方面展示出更优的结果。图1本体布局、支持布局取激光扫描径一体化参数模子示企图（支持布局采用固定扫描模式，本图未展现）。图2 拱形布局拓扑取激光径协同优化成果：（a）实体本体布局（）取点阵支持布局（灰色），（b）本体布局的激光径（仅展现部门层）。本研究所提协同优化方式合用于复杂几何构型及其激光径优化，为现实增材制制场景中碰到的布局取工艺婚配难题供给了一种适用的处理方案。将来能够将更多工艺参数（包罗激光功率、扫描速度、打印标的目的和扫描时序）纳入该优化框架，进一步扩大其合用范畴并提高布局机能取质量，鞭策增材制制布局立异向着“布局-工艺-机能一体化设想”标的目的成长。