Abaqus在增材制造过程仿真中的理论探索

1扫描模式-网格交叉

扫描模式是在切割平面或切片区域上移动或扫描的工具的运动表示。

一些增材制造过程的特点是刀具轨迹在空间上遵循重复的模式；例如，遵循预先定义的岛式扫描策略的粉末床融合与激光束。在这种情况下，与其描述刀具路径的单个轨迹，不如定义一个代表刀具在零件内部理想运动的扫描模式更有效。打印零件被划分成等距（均匀厚度h）的切片或切割平面（垂直于构建轴K）。构建轴系I-J-K是用户定义的坐标系，表明打印方向K。

扫描模式由矩形单元构成(见图2)，重复矩形单元覆盖切割平面。矩形单元由许多较小的矩形块组成。每个块都可以定义一个局部角度φ，即在刀具的扫描运动方向与i轴之间。你可以为每一个表示该过程引起的非弹性变形的模式块分配一个本征应变张量。您可以通过定义单个块的范围(xmin, ymin)和(xmax, ymax)来定义扫描模式。所有的块在一起，必须组成一个矩形单元格，该单元格必须完全位于I-J平面的第一象限，且单元格的一个角必须位于(0,0)。

包含四个局部方向相对于构建轴系的i轴旋转90度、0度、135度和45度的块的扫描模式

扫描模式在扫描区域内处于活动状态。扫描区域是由其范围(xmin, ymin, zmin)和(xmax, ymax, zmax)定义的构建轴包围框(参见图1(A))。扫描区域的高度(zmax-zmin)必须是切片厚度h的整数倍。可以定义多个不重叠的扫描区域，覆盖整个区域。可以在每个扫描区域内激活不同的扫描模式。所有扫描区域共享相同的构建轴系。可以逐层或逐片定义一个的旋转角度θ，对于层i>1，第i个切片，扫描模式旋转（i-1）θ。

对于给定的单元，工具路径-网格交叉模块计算给定增量步里单元内的切片的数量m。它发现模式块包含单元里每个块的中心和这个块考虑逐层旋转的局部坐标系θ,这个块里扫描方向的局部旋转ψ。这个模块同时计算在每个切片下单元的部分体积vf。

2激活和使用工具-网格交叉模块

工具路径-网格交叉模块能够模拟广泛的增材制造过程。该功能使用工具路径-网格交叉功能程序、用户子程序和表集合(参见表集合、参数表和属性表)，来提供高级用户控制和定制。

本节描述使用用户子程序和功能程序模拟增材制造过程的通用流程。工具路径-网格交叉模块也用于通用增材制造工艺的特殊用途技术(参见增材制造的特殊用途技术)。您不必调用工具路径-网格交叉模块功能程序或用户子程序来使用特殊用途的技术。

3支持的单元

支持线性或二次4-，5-，6-，8-，10-，15-以及20-节点实体单元，3-，4-，6-以及8-节点固定壳厚度的壳单元。对于壳单元，壳的中间表面必须是参考表面。

4模拟原材料受控沉积

您可以在结构或热分析中使用渐进单元激活来模拟原材料的受控沉积。您可以定义一种特定类型的工具路径(例如，无限长线或盒工具路径)，以最接近增材制造过程中材料沉积的顺序，并计算该工具路径与有限元网格的交点。您可以使用交集的几何信息来定义给定增量下单元的活动/不活动状态，通过从与渐进式单元激活关联的用户子程序调用toolpath-mesh交集模块功能程序。

5模拟激光加热

您可以定义移动的热通量来模拟热分析中的激光诱导加热。您可以定义一种特定类型的刀具路径，该路径最接近增材制造过程的运动和热源的性质。通过从与移动的热流相关联的用户子程序中调用toolpath-mesh intersection模块功能程序，可以使用交集的几何信息在给定增量下定义单元中的热通量。

6增材制造过程仿真工作流

图1中的流程图描述了一个典型的增材制造过程模拟的工作流。

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