(19)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 202210942652.1 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 扬州先临三维云 打印技术有限公司 地址 225000 江苏省扬州市广陵区文昌东 路99号 (72)发明人 徐焕然　尹志超　 (74)专利代理 机构 扬州润中专利代理事务所 (普通合伙) 32315 专利代理师 谢东 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模 型 (57)摘要 本发明公开了一种用于模拟环形激光光内 送粉的热源模 型， 包括环形激光体热源和环形激 光面热源， 可根据激光出光口半径、 焦距、 距离基 体的高度、 光斑宽度等自行调节热源模型参数， 能准确模拟不同离焦量下环形激光的热量分布， 为准确模拟环形激光光内送粉热量传递、 温度 场、 应力场、 熔池流动行为提供有力参考依据。 本 发明可广泛应用于环形激光光内送粉的有 限元 模拟领域。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 115169199 A 2022.10.11 CN 115169199 A 1.一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型， 其特征在于： 在建立传统圆形激光束 光外送粉和环形激光光内送粉的有限元模拟的基础上， 基于高斯面热源、 双椭球热源、 圆锥 体热源的推导机理， 分析圆形激光和环形激光的能量分布， 进而得到一种用于模拟环形激 光光内送粉的热源模型， 并用此模型进行了环形激光光内送粉的数值模拟， 具体包括如下 步骤： 步骤一： 基于容积式热源及环形激光中空环状锥形的空间分布和圆锥体热源， 采用面 积乘以光斑厚度推导中空环状锥形的体积V： 根据离焦量不同可分为两种情况， 环形激光光斑焦点在熔覆表面上和环形激光光斑焦 点在熔覆 表面下方， 熔覆表面上方中空环状锥形光斑的面积S有以下表达： S＝ πr·l1±πr′·l2 其中f环形光焦距， h为出光口到熔覆表面高度， r为环形激光出光口等效半径， r ′为环 形激光照射到熔覆 表面半径； 带入得： 光斑厚度2 δ有： 其中R为光斑水平宽度的一半； 带入有体积V： 步骤二： 获得随高度z变化的环形半径 rc以及z高度上的面热源分布函数E： 其中r″为空间点(x， y， z)到 z高度上的面热源中心的距离： 步骤三： 基于容积式体热源 其中K为热流密度系数， P为激光功率， V为激 光分布体积， 带入步骤一和 二， 得到用于模拟环形激光光内送粉的中空环状锥形体热源模 型： 其中中空环状锥形体热源热流密度系数 K′根据实验、 模拟等手段反演设定；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169199 A 2同理， 基于容积式面热源 可得用于模拟环形激光光内送粉的中空环状 锥形面热源 模型： 其中中空环状锥形面热源热流密度系数 K″根据实验、 模拟等手段反演设定； 步骤四： 编写热源子程序， 嵌入有限元软件子程序接口， 添加粉末源进行数值模拟计 算， 即可获得环形激光 光内送粉的温度场、 熔池熔道形成过程 等。 2.根据权利要求1所述的一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型， 其特征在于： 步 骤三中的热源模 型可添加t时间项和v速度项， 转为移动热源， 如在 x轴方向上移动的移动热 源： 热源随着时间t以速度v在x轴方向上移动。 3.根据权利要求1所述的一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型， 其特征在于： 步 骤三中的中空环状锥形体热源模型， 依照激光头实际参数设定好出光口半径r和焦距 f后， 可根据实际熔覆表情况输入激光头距离熔覆表面的高度h， 研究不同离焦量情况下 的熔覆 情况。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169199 A 3