FDM和LDED型增材制造过程的热力学分析-优快云博客

FDM和LDED型增材制造过程的热力学分析

专用技术和用户子程序可用于 FDM 和 LDED 型增材制造工艺。这些内部内置用户子程序通过以“ABQ_”开头的名称和类型进行访问，如下所述：

本节讨论:

指定渐进式单元激活
为具有可变尺寸和方向的材料珠指定渐进单元激活
指定移动热源
指定自由表面辐射和对流传热

在熔融沉积成型( (FDM) 型增材制造工艺中，原材料通过喷嘴注射到平台上。喷嘴用原材料追踪每一层的横截面图案。材料通常逐层沉积，直到构建完成。原材料可以以熔融状态沉积，然后随着冷却而硬化。在某些工艺中，例如激光直接能量沉积 (LDED)，原材料以粉末形式注入，然后通过激光束就地加热。

指定渐进式单元激活

在结构或热分析中使用渐进单元激活来模拟从移动喷嘴中沉积原料的过程。假设喷嘴和正在沉积的材料珠的横截面为矩形(见图1)。完整定义沉积过程需要以下步骤:

在事件序列中定义喷嘴的运动。
创建一个名称以“ABQ_AM”开头的表集合。表集合必须包含“ABQ_AM_MaterialDeposition”类型的参数表和“ABQ_AM_MaterialDeposition_Bead”类型的参数表。
在“ABQ_AM_MaterialDeposition”类型的参数表中，包括对*喷嘴运动的事件系列*的引用，并将沉积工艺类型设置为“Bead”。
在“ABQ_AM_MaterialDeposition_Bead”类型的参数表中，定义工艺参数，如"Bead"的高度和宽度。
请参考渐进式单元激活中的表集合。

图1. FDM和LDED工艺中的渐进式单元激活

Abaqus 根据指定的喷嘴轨迹自动激活单元。

参数表、属性表和事件序列类型的专用集合可用于包括增材制造专用技术所需的所有定义。可以使用abaqus fetch实用程序来获取包含增材制造专用技术所需的参数表、属性表和事件序列的所有类型定义的文件，如下所示：

abaqus fetch job=ABQ_am_special_purpose_types.inp

输入文件用法

使用以下选项定义 FDM 或 LDED 类型过程的单元激活：

EVENT SERIES, NAME=event series name, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition"
data lines to define the motion of the nozzle
TABLE COLLECTION, NAME="ABQ_AM.table_collection_name"
PARAMETER TABLE, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition" 
event series name, "Bead"
PARAMETER TABLE, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition_Bead"
"Z", bead height, bead width, activation offset, "Below"
PARAMETER TABLE, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition_Advanced"
"Full" or "Partial", min volume fraction threshold for partial activation, 
max volume fraction threshold for partial activation, 
volume fraction threshold for full activation, update orientation, element subdivision order
...
ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, NAME=activation name, ELSET=element set name
...
STEP
STATIC or HEAT TRANSFER
...
ACTIVATE ELEMENTS, ACTIVATION=activation name
"ABQ_AM_table collection name"
...

为具有可变尺寸和方向的材料Bead指定渐进单元激活

在结构或热分析中，可以使用渐进单元激活来模拟移动喷嘴中原材料珠粒的沉积。沉积的原材料珠的矩形横截面的高度、宽度和方向可以随时间变化。

完整定义沉积过程需要以下步骤:

定义“ABQ_AM_MovingHeatSource_5AxisStrategy_VariableCrossSection”类型的事件系列。定义喷嘴的运动、喷嘴的开/关状态、Bead矩形横截面的高度和宽度的变化，以及定义事件序列六个字段中的Bead方向的局部方向向量 z1 。
创建一个名称以“ABQ_AM”开头的表集合。表集合必须包含“ABQ_AM_MaterialDeposition”类型的参数表、“ABQ_AM_MaterialDeposition_Bead”类型的参数表、“ABQ_AM_MaterialDeposition_5AxisStrategy”类型的参数表和“ABQ_AM_MaterialDeposition_VariableBeadSize”类型的参数表。
在“ABQ_AM_MaterialDeposition”类型的参数表中，包括对喷嘴运动的事件序列的引用，并将沉积工艺类型设置为“Bead”。在事件系列中由局部方向定义的方向z1会覆盖此参数表中定义的堆叠方向。
在“ABQ_AM_MaterialDeposition_Bead”类型的参数表中，定义工艺参数，例如Bead的标称高度和宽度。
在“ABQ_AM_MaterialDeposition_VariableBeadSize”类型的参数表中，定义了事件系列中定义Bead高度和宽度的场的位置。
在“ABQ_AM_MovingHeatSource_5AxisStrategy”类型的参数表中，定义事件系列中定义局部方向向量 z 的三个分量的场的位置。
或者，定义“ABQ_AM_MaterialDeposition_Advanced”类型的参数表以指定Bead的其他设置。
参考渐进式单元激活中的表格集合。

abaqus fetch job=ABQ_am_special_purpose_types.inp

输入文件用法

使用以下选项定义 FDM 或 LDED 类型过程的单元激活：

EVENT SERIES, NAME=event series name, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition"
data lines to define the motion of the nozzle
TABLE COLLECTION, NAME="ABQ_AM.table_collection_name"
PARAMETER TABLE, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition" 
event series name, "Bead"
PARAMETER TABLE, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition_Bead"
"Z", bead height, bead width, activation offset, "Below"
PARAMETER TABLE, TYPE="ABQ_AM_MaterialDeposition_Advanced"
"Full" or "Partial", min volume fraction threshold for partial activation, 
max volume fraction threshold for partial activation, 
volume fraction threshold for full activation, update orientation, element subdivision order
...
ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, NAME=activation name, ELSET=element set name
...
STEP
STATIC or HEAT TRANSFER
...
ACTIVATE ELEMENTS, ACTIVATION=activation name
"ABQ_AM_table collection name"
...