(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111211873.3 (22)申请日 2021.10.18 (71)申请人 江西科骏实业有限公司 地址 330103 江西省南昌市新建区子实路 1589号1402室 (72)发明人 肖罡　高彬　万可谦　杨钦文　 仪传明　赵斯杰　 (74)专利代理 机构 湖南兆弘专利事务所(普通 合伙) 43008 代理人 谭武艺 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/10(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优 化方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种选区激光熔覆成形能耗 预测与工艺优化方法及系统， 本发 明包括建立基 于选区激光熔覆成形的工艺参数的比能耗模型， 针对比能耗模 型， 采用指定的优化算法求解比能 耗模型最优时的最佳工艺参数值， 通过该比能耗 模型表示选区激光熔覆系统的能耗与工艺参数 之间的函数关系， 能够探究工艺参数与设备能耗 之间的耦合变化关系， 能够在不同的工况下通过 准确地调整单个或多个工艺参数来改变选区激 光熔覆系统的能耗情况， 探究在不同工况下设备 能耗随工艺参数的变化趋势， 从而可快速求解获 得比能耗最优时的最佳工艺参数值， 能够有效提 高求解最佳工艺 参数的效率。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 114021428 A 2022.02.08 CN 114021428 A 1.一种选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优化方法， 其特 征在于， 包括： 1)建立基于选区激光熔覆成形的工艺参数的比能耗模型， 所述比能耗模型为增材制造 阶段的总能耗Ea与增材过程中的成形体积Va的比值； 2)针对比能耗模型， 采用指定的优化 算法求解比能耗模型最优时的最佳工艺 参数值。 2.根据权利要求1所述的选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优化方法， 其特征在于， 步 骤1)中选区激光熔覆成形的工艺参数包括激光熔覆功率P0、 激光扫描速度v、 横向搭接率λ 以及铺粉厚度hs。 3.根据权利要求2所述的选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优化方法， 其特征在于， 所 述增材制造阶段的总能耗Ea的计算函数表达式为： Ea＝Esa+Ema+Eca+Ega+Ep+El+Etab， 上式中， Esa为增材制造阶段的数控系统能耗； Ema为增材制造阶段的照明模块能耗； Eca 为增材制造阶段的冷却模块能耗； Ega为增材制造阶段的保护气体输送模块能耗； Ep为铺粉 模块能耗； E1为激光熔覆模块能耗； Etab为工作台运动控制模块能耗； 其中， 激光熔覆模块能 耗E1的计算函数表达式为： El＝Elw+Elm+Eld＝Plw·tlw+P0·tlm+Pld·tld， 上式中， Elw为待机能耗； Elm为熔覆能耗； Eld层间停隔能耗； Plw为激光熔覆模块待机功 率； P0为激光熔覆功率； Pld为层间停隔功率； tlw为激光熔覆模块待机时间； tlm为激光熔覆时 间， 激光熔覆时间tlm由熔覆道总长度S与除以激光扫描速度v得到； tld为层间停隔时间。 4.根据权利要求3所述的选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优化方法， 其特征在于， 所 述增材过程中的成形体积Va的计算函数表达式为： Va＝S(1‑λ )whs， 上式中， S为熔覆 道总长度； λ为横向搭接率； w 为单条熔覆道宽度； hs为铺粉厚度。 5.根据权利要求4所述的选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优化方法， 其特征在于， 步 骤1)中建立基于选区激光熔覆成形的工艺参数的比能耗模型时， 选区激光熔覆成形的工件 为规则立方工件， 且熔覆 道总长度S的计算 函数表达式为： 上式中， n为熔覆层数； mi为第i层的熔覆道数； l为熔覆道长度； Wi为第i层的工件宽度； 其中， 第i层的熔覆 道数mi的计算函数表达式为： 上式中， Wi为第i层的最大 实体宽度； Δs为激光扫描间距； λ为横向搭接率； w为单条熔覆 道宽度； 熔覆层数n的计算 函数表达式为： 上式中， H为工件高度； μ为纵向搭接率； h为熔覆道高度； d为熔覆道深度； 且纵向搭接率 μ 的计算 函数表达式为： 上式中， cz为熔覆道纵向重合高度； h为熔覆 道高度； d为熔覆 道深度； hs为铺粉厚度。 6.根据权利要求4所述的选区激光熔覆成形能耗预测与工艺优化方法， 其特征在于， 步权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114021428 A 2骤1)中建立基于选区激光熔覆成形的工艺参数的比能耗模型时， 选区激光熔覆成形的工件 为非对称性工件， 且熔覆 道总长度S的计算 函数表达式为： S＝Ltotal+mtotal(1‑λ )w‑n， 上式中， Ltotal为y轴方向熔覆道总长度； mtotal为工件完全成形所需的Y轴方向熔覆道总 数； λ为横向搭接 率； w为单条熔覆道宽度； n为熔覆层数； 其中， y轴方向熔覆道总长度Ltotal的 计算函数表达式为： 上式中， j为计算熔覆道 长度时所在的层数； n为熔覆层数； mb为工件宽度在b阶段的熔覆 道数； λ为横向搭接率； w为单条熔覆道宽度； fL(i)j为长度函数fL(i)在第j层的长度； 其中， 长度函数fL(i)的计算 函数表达式为： 上式中， li是第i条熔覆道的实际长度； W为工件宽度； λ为横向搭接率； w为单条熔覆道宽 度。 激光每次平移加 工下一条熔覆道， 熔覆宽度增加 ΔW＝(1‑λ )w， 任意在第b阶段加工第i 条熔覆道的长度的计算 函数表达式fL(b)(i)为： fL(b)(i)＝fL(b‑1)(ib‑1)±(1‑λ )w(i‑ib‑1)tanαi， 上式中， fL(b‑1)(ib‑1)在第b‑1阶段加工第ib‑1条熔覆道的长度， ib‑1为激光扫描平移至宽 度Wb‑1时的增材加工总层数； αi为工件外轮廓与x ‑z平面的夹角， 工件实体长度随宽度增加 时， 上式中的 “±”取“+”， 反之取“‑”； 工件完全成形所需的Y轴方向熔覆道总数mtotal的计算 函数表达式为： 上式中， na为高度为Ha的工件熔覆层数； μ为纵向搭接率； h为熔覆道高度； d为熔覆道深 度； fw(i)为第i条 熔覆道的宽度函数， 且有： 上式中， Wi为第i层的工件最大实体宽度； fW(a)(i)为对应Ha‑1＜H≤Ha的第a阶段的实体 宽度函数； Ha为工件在第a阶段上边界的高度； H为工件高度； h为熔覆道高度； d为熔覆道深 度； μ为纵向搭接率； 第a阶段的实体宽度函数fW(a)(i)的计算 函数表达式为： fw(a)(i)＝fW(a‑1)(ia‑1)±hs(i‑ia‑1)tanθi， 上式中， fw(a‑1)(ia‑1)为第a‑1阶段的实体宽度函数； ia‑1为增材至Ha‑1高度时的增材加工 总层数； hs为铺粉厚度， θi为工件外轮廓与y ‑z平面的夹角， 工件实体宽度随高度增加时， 上权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114021428 A 3