ANSYS模拟激光增材制造过程（后附视频链接）

利用ANSYS模拟激光增材制造过程的底层机制与实践经验探讨

在现有的制造技术书中，激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，LAM）因其在复杂形状零件制备、经济性和制造质量等方面的优势，已经被广泛认可并逐步应用至现代航空航天、生物医疗、汽车制造等多个领域。近年来，仿真技术在预测材料性能、优化制造工艺、提升产品质量与效率方面发挥了不可或缺的作用，特别是在LAM过程仿真中，ANSYS成为了首选的仿真工具之一。本文旨在通过具体操作步骤与理论解析，指导读者如何在ANSYS中模拟激光增材制造过程，以期实现对LAM工艺参数的更深入理解与优化。

一、问题定义与数值模型构建

考虑在一个60X20X10mm的基板上，利用ANSYS进行简单仿真。基板为平面二维模型，承担了激光热源的施加背景，而“粉末层”与实际情况有所出入，作为理论模拟中的简化。热源速度被设定为4mm/s，这将对基板产生局部高温并逐渐熔化材料，进行三维界面熔化处理。

可通过引入MATLAB脚本或通过ANSYS自身的APDL语言来定义复杂的热源加载路径，实现对激光热输入的精确模拟。

二、先进网格技术与热源控制策略




1. 网格自动划分：

利用ANSYS的高级网格生成技术自动划分网格，确保局部精细度与计算效率的平衡。网格参数的选择需要考虑热输入的分布特征与模型目标参数的精度需求。

2. 热源加载策略：

协调对流系数施加。基于基板与环境的热交换关系，估算并输入边界对流系数。该系数直接影响边界条件的设定，关系到热量的快速传递与缓慢流失。

采用分步加载策略。分为15个载荷步骤，每步时间间隔1秒，旨在动态模拟热输入过程，并准确追踪基板温度变化。

3. 热源输入编制：

利用APDL语言编写的高斯热源公式4e7exp(3(({Y})^2+({X}0.004{TIME})^2)/0.005^2)，具有精心设计的热输入速率与分布特性。热源路径通过在ANSYS的参数编辑功能中加载，实现对特定几何面的精细聚焦加热。

4. 动态单元管理：

识别并定义15个动态单元，模拟激光热源作用下材料组织的变化过程。这项操作的核心在于实现局部热量输入与材料熔化区域的精准管理，进而观察温度随时间的动态分布。