飛機柵格零件SLM成形過程的變形演化仿真研究*

王浩宇，榮 鵬，徐偉偉，高川云，虞文軍，龐盛永

（1.航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司，成都 610092；2. 華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室，武漢 430074）

柵格零件是某型無人機中的關鍵結構件，尺寸跨度約為90mm，形狀復雜，形貌精度控制要求高，難以采用傳統制造工藝進行制造。激光選區熔化（SLM）技術作為一種金屬材料的增材制造成形工藝，以其對復雜結構的適應性，在越來越多的復雜飛機結構制造中得到應用[1]。在SLM 成形過程中，其往往每層會經歷數十次反復加熱–降溫的物理過程，且加熱峰值溫度較高，使得工件在短時間內經歷復雜的循環加–卸載的情況，所產生力學響應極端復雜，通過試驗測量的方式難以獲取準確全面的變形信息[2–4]。

目前，專業的增材制造分析軟件，例如Simufact.Additive、Ansys.Additive，可以實現隨著打印層數的升高而產生的結構變形。然而，這些軟件無法實現在某一層對打印的分區策略進行分析。通過ABAQUS、ANSYS 等通用有限元分析軟件可以實現上述功能，然而需要開發相對復雜的子程序[5–10]，且這些軟件大規模求解能力較差，計算耗時很長，工程上難以適用。

本文建立了某無人機柵格零件的SLM 成形過程的有限元模型，利用華中科技大學自主研發的iAddtive 增材制造仿真軟件，模擬了零件在支撐條件下的分層打印過程，研究了不同打印位置結構變形的影響；針對關鍵打印位置進行了分區優化的仿真與設計，比較了不同分區順序打印工藝的結構變形；最后基于仿真結果進行了實際零件的打印，比較了支撐切除之后的實際零件和仿真結果。……