【摘 要】
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随着先进信息技术的快速发展与广泛普及,传统制造业向着更智能化方向转变。智能制造的基础是物理空间和虚拟空间的互联互通,而数字孪生则是实现其融合的最佳方式。在众多制造技术中,高温合金粉末的选择性激光熔融成形技术（Selective Laser Melting,SLM）是目前金属增材制造的重点研究对象,Inconel 718作为高温合金材料被广泛应用于航空航天等领域。然而成形过程容易产生较大温度梯度和热
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:“基于多源信息融合的SLM成形过程在线监测理论与实现方法（项目编号:NO.51875379）”；
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随着先进信息技术的快速发展与广泛普及,传统制造业向着更智能化方向转变。智能制造的基础是物理空间和虚拟空间的互联互通,而数字孪生则是实现其融合的最佳方式。在众多制造技术中,高温合金粉末的选择性激光熔融成形技术（Selective Laser Melting,SLM）是目前金属增材制造的重点研究对象,Inconel 718作为高温合金材料被广泛应用于航空航天等领域。然而成形过程容易产生较大温度梯度和热应力,导致成形精度和质量存在问题。利用数字孪生虚实融合的特点在SLM成形模拟与实验方面开展研究,对高温合金材料SLM成形参数优化有重要指导意义。（1）针对SLM成形过程的温度场与应力场建模及仿真,本文以Inconel 718金属粉末为研究对象,利用ABAQUS软件对成形过程进行热力耦合瞬态温度场、应力场和应变场研究,分析了不同成形参数下的熔池形貌及成形状态变化规律。结果表明适中的成形参数范围可以形成稳定液态熔池,瞬态高温与应力应变达到稳定数值,为进一步确定最优参数组合提供理论参考。（2）面向工艺参数优化的SLM成形过程实验研究,本文根据激光能量密度设计不同成形参数,包括扫描速度、激光功率和扫描间距,开展三因素不同水平的正交实验研究。在模拟成形过程温度、应力和应变的基础上,分析成形件表面质量,选取成形参数范围内最优参数组合为:粉末层厚度0.05mm,扫描速度1000mm/s,激光功率180W,扫描间距0.1mm。优化工艺参数组合下SLM成形件表面平整,熔池宽度均匀,颗粒粘附物占比低,显微硬度值大。（3）对于SLM智能优化成形过程,本文设计了SLM成形参数优化的数字孪生系统,并从设备层、数据层、网络层、控制层和应用层五个层面建立SLM成形系统框架。结合虚拟空间和物理实体对不同成形阶段进行功能模块和流程设计,包括成形整体规划、成形过程模拟仿真和成形实验数据获取,以实现SLM的智能成形与参数优化控制。
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