【摘 要】
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3D打印金属粉末快速熔、凝过程中反复剧烈的温度变化不可避免产生残余变形，过大的残余形变积累，可导致打印工件变形、扭曲甚至开裂、失效。本研究利用拓扑优化方法，在结构设计阶段考虑此 “制造约束”，以实现3D打印过程残余变形的有效控制。通过对相邻2个打印层金属粉末熔融过程进行弹塑性热-力耦合有限元分析，提取等效的固有应变载荷，实现金属3D打印过程高效模拟及残余变形快速预测，并进行试验验证；基于浮动映射拓
【机 构】
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福建省汽车电子与电驱动重点实验室(福建工程学院)
【基金项目】
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福建省自然科学基金项目（2022J01921）； 国家自然科学基金项目（51905100）； 闽江学者科研基金项目（GY-Z17015）；
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3D打印金属粉末快速熔、凝过程中反复剧烈的温度变化不可避免产生残余变形，过大的残余形变积累，可导致打印工件变形、扭曲甚至开裂、失效。本研究利用拓扑优化方法，在结构设计阶段考虑此 “制造约束”，以实现3D打印过程残余变形的有效控制。通过对相邻2个打印层金属粉末熔融过程进行弹塑性热-力耦合有限元分析，提取等效的固有应变载荷，实现金属3D打印过程高效模拟及残余变形快速预测，并进行试验验证；基于浮动映射拓扑优化（Floating Projection Topology Optimization，FPTO）方法，引入整体残余变形P范数，推导3D打印过程残余变形灵敏度，提出结构柔度和3D打印残余变形最小化的多工况多目标优化算法，满足设计性能的同时，提高制造性能；最后通过二维和三维实例，验证所提方法的有效性。
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