针对金属材料的激光立体成形 (MLSF)工艺,利用大型有限元分析工具Ansys的二次开发语言APDL,开发了成形过程温度场、应力场的参数化有限元模型。该模型综合考虑了随温度变化的材料非线性、高斯激光能量分布、对流/辐射换热边界条件、相变以及自由变形约束等一系列问题。通过使用过渡网格划分技术,在提高计算精度的基础上,大幅减少了单元数目,从而实现了金属激光立体成形过程的整体建模。采用移动热源和单元生死技术,对激光成形过程热应力场进行了有效仿真,在准确计算温度场演化规律的基础上,揭示了塑性压缩区、塑性拉伸区、卸载区等热应力场产生的原因。使用该参数化模型便于研究金属激光立体成形工艺条件、不同材料等对成形过程热应力场的影响。

分析了现有金属激光立体成形(MLSF)切片算法,提出了一种基于STL模型动态拓扑重构的快速切片算法。根据STL模型中三角面片的几何信息和切片厚度,通过建立分组矩阵,减小了三角面片遍历的次数; 通过构建三角面片之间的局部动态拓扑关系,减小了切片平面与三角面片的求交计算次数; 并根据切片过程中大部分三角面片的毗邻关系不发生改变这一事实,提出了动态拓扑重构的算法,减小了切片过程中三角面片毗邻关系的查找次数,从而提高了切片算法的整体效率。在该算法的基础上,使用Visual C++和OpenGL开发了金属激光立体成形软件系统。