夏青, 余倩, 李义宝
制件设计(“数字化”),性能优化(“优化化”),工艺仿真(“仿真化”)是3D打印过程的三个重要模块.“数字化”是指将设计图纸/预加工实物,通过图像/视频/扫描等处理手段,转化为可编辑的数字化制件.“优化化”是指在数字化的制件上施加力学,热学等物理场约束,提高制件性能.“仿真化”是指根据优化化的制件模拟真实制造场景的物理工况,进行加工过程中的物理化学变化的数字仿真和孪生建模仿真.本研究旨在介绍基于相场模型框架下的特定工艺3D打印设计-优化-仿真建模与算法研究.在“数字化”模块中,我们将针对计算机辅助设计常见的数据类型,介绍相应的三维重构模型,修补模型以及轻量化支撑结构设计模型.在“优化化”模块中,我们将介绍系列多尺度,多物理场,多材料耦合的拓扑优化问题及相应的求解方法.在“仿真化”模块中,结合3D打印参数和工艺,我们介绍宏观(相变)-微观(晶界)尺度耦合的熔融沉积成型(FDM)工艺仿真方法,以及基于激光-热-流-固等物理场耦合理论的选择性激光熔化(SLM)工艺的仿真方法.基于相场模型框架下的设计-优化-仿真研究方法将有助于缩短产品开发周期,提高设计效率,为实现3D打印制件质量溯源和根因分析提供理论依据和算法支撑.
