CN110569542A - 一种激光立体成形闭环仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光立体成形闭环仿真方法，该仿真方法不同于通常的热力耦合模型，在整个仿真过程中简单的采用恒定的激光功率，而是基于激光立体成形的工艺特点，不断动态调整下一个熔池的激光功率，与现有激光立体成形热力耦合模型比较，基于温度闭环控制的有限元优化建模方法更符合实际成形过程的客观规律。更切合真实加工过程的优化模型必然更能准确揭示激光立体成形的热‑力场演化规律及其耦合机制，对减缓激光立体成形应力及变形提供科学准则。

Description

一种激光立体成形闭环仿真方法

【技术领域】

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种激光立体成形闭环仿真方法。

【背景技术】

增材制造技术是一种采用逐点堆积制造零件的先进制造技术，其核心思想是“离散-堆积”，有别于机械加工(减材制造)和铸造/锻压(等材制造)。该技术能够实现无模具快速自由成形，具有制造速度快、近净成形、适合单件小批量制造等特点，广泛应用于航空航天、医疗、模具、汽车、工程等领域。金属增材制造过程是一个涉及移动熔池、凝固、固态相变的复杂冶金过程，具有非线性、非稳态、多道次、长历程、热力耦合的特征，是一个几何、物理、边界三重非线性的复杂过程。熔池的温度是影响成形稳定性、熔覆质量、热应力的重要因素。影响熔池温度的参量主要包括：激光功率、扫描速度、送粉速率、离焦量，这些参量的改变使该过程的工艺稳定性及成形形状的控制成为研究难点。

增材制造是从基板上逐层堆积制造的，在堆积的前几层，由于基板的强制冷却效应，导致散热远大于激光能量热输入，整个过程未达到热平衡状态(激光能量的输入与材料的散热之间达到动态平衡)，需要更高的激光功率来建立熔池，并实现熔覆堆积。随着熔覆层数的增加，熔池的散热方式由初期的三维散热变为二维散热，由于热累积效应，熔池温度逐渐增加，若继续采用相同激光功率，则会出现过热现象而使得熔池温度升高，熔池增大，捕获粉末能力增强，从而导致熔覆道厚度和宽度增加，工艺一致性变差。激光增材制造是一个多参数共同作用的复杂物理冶金过程,参数对环境变化较为敏感且相互影响，而反馈控制对保持熔覆过程的稳定性尤为重要。因此，在成形过程中需要进行工艺参数的主动调整与控制，以确保实际成形中熔覆道宽度、厚度一致，提高成形过程的稳定性。

针对上述存在的问题，国内外一些研究学者开展了相关研究工作。公开发表的“激光立体成形”书籍(西北工业大学出版社，2007)提出了激光功率对成形零件尺寸特性的影响规律。在成形过程中，在最初几层采用激光功率逐渐下降的方法，即第一层的功率大于第二层，第二层的功率大于第三层，以此类推。经过一定层数(即激光能量的输入与材料的散热之间达到动态平衡)后再将功率固定下来。公开发表的“一种用于高能束增材制造的温度场主动调控系统及其控制方法”专利(CN 105499569 A[P].2016)设计了一种梯度温度场主动调控系统，实现了在加工过程中整个加工区域的温度场恒定，保证已加工区域与未加工区域处于合理的温度梯度。但是，在实际成形过程中，熔池温度场的变化受到扫描路径、边界条件、零件形状等多因素影响，此类控制方法未考虑这些关键因素对熔池温度稳定的影响，缺少对层内/间甚至熔池温度的有效监测和控制，包括调控系统实时性差，最终导致结果误差较大。此外，响应滞后性、控制效果实时性差等可能会导致闭环控制发散。阻碍了过程控制，目前缺少对熔池温度的理想闭环控制。更重要的是，在成形过程中成形路径、边界条件，热累积等多因素在不断改变，都将影响成形过程熔池温度的稳定性。因此，“闭环仿真+开环控制”将成为增材制造过程优化的重要研究方向和支撑技术。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种激光立体成形闭环仿真方法；该方法通过激光立体成形温度场闭环仿真，实现激光立体成形工艺参数的动态调整，使熔池最高温度均匀稳定可控。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种激光立体成形闭环仿真方法，包括以下步骤：

步骤1，建立基板的几何模型；

步骤2，建立目标结构件的几何模型并划分网格，将目标结构件划分为M个熔覆层，每一个熔覆层包括若干个熔池，一个熔池包括若干个网格；对目标结构件的几何模型施加初始边界条件并设置激光立体成形目标结构件的工艺参数，形成目标结构件的热力耦合模型；

步骤3，通过目标结构件的热力耦合模型计算每一个熔覆层中每一个熔池的温度场和激光功率，具体包括以下步骤：

步骤3.1，在热力耦合模型中设定目标熔池温度T_set，最低熔池温度T_min和最高熔池温度T_max；

步骤3.2，计算第1个熔覆层内每一个熔池的温度场和激光功率，至第1个熔覆层内所有熔池计算结束；计算第2个熔覆层内每一个熔池的温度场和激光功率，至第2个熔覆层内所有熔池计算结束，…，计算第i个熔覆层内每一个熔池的温度场和激光功率，至第i个熔覆层内所有熔池计算结束；i为≥1的自然数；

计算第i个熔覆层内温度场和激光功率时，从该熔覆层内的第1个温度场开始计算，得到第1个熔池的最大熔池温度T_1max；通过第1个熔池的最大熔池温度T_1max计算第2个熔池激光功率，通过第2个熔池激光功率计算第2个熔池的温度场，进而得到第2个熔池的最大熔池温度T_2max…，通过第j-1个熔池的最大熔池温度T_j-1max计算第j个熔池激光功率，通过第j个熔池激光功率计算第j个熔池的温度场，进而得到第j个熔池的最大熔池温度T_jmax，依次类推至第i个熔覆层所有熔池的温度场和激光功率计算结束；

步骤3.3，重复步骤3.2，至M个熔覆层内所有的熔池计算结束，整个目标结构件的激光功率计算结束，激光立体成形闭环仿真结束。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1和步骤2中，通过有限元分析软件建立几何模型，将初始边界条件和激光立体成形目标结构件的工艺参数输入至有限元分析软件中，形成热力耦合模型。

优选的，步骤2中，所述初始边界条件包括激光吸收率，热辐射系数，对流换热系数和基板约束；所述激光立体成形目标结构件的工艺参数包括光斑尺寸、扫描速度、沉积厚度和初始激光功率。

优选的，步骤2中，所述初始边界条件通过标准热偶模型得到，所述标准热偶模型的计算过程为：第一步，获取激光立体成形目标结构件过程中基板的温度变化曲线；第二步，通过有限元分析软件建立标准热偶模型，标准热偶模型中设定参数和第一步中激光立体成形目标结构件的参数相同；第三步，不断调整标准热偶模型中的边界条件，获得与第一步中基板的温度变化曲线相同的标准热偶模型中基板的温度变化曲线，此时对应的边界条件为初始边界条件。

优选的，第二步中，标准热偶模型中设定参数包括基板的尺寸和材料、目标结构件的尺寸和材料、以及激光立体成形工艺参数。

优选的，步骤3.1中，所述目标熔池温度T_set为当熔池温度为该温度时，激光立体成形出材料的尺寸特性、显微组织和力学性能最佳；所述T_min和T_max为熔池温度在这两个温度之间时，激光立体成形出材料的各个性能满足指标要求；针对不同的材料，T_set、T_min和T_max均通过实验得到。

优选的，T_min＜T_set＜T_max。

优选的，步骤3.2中，计算每一个熔覆层中第j个熔池的温度场和激光功率时，将第j-1个熔池的最大温度T_j-1max和激光功率代入，通过闭环控制算法PID计算第j个熔池的激光功率，计算公式如下式(2)所示：

式中，P(j)为第j个熔池的激光功率，K_p为比例系数，K_i为积分系数，k_d为微分系数，m为熔池个数；e(j-1)＝T_set-T_j-1max为第j-1个温度场的最大温度T_j-1max和标准温度T_set的差值；e(j-2)＝T_set-T_j-2max为第j-2个温度场的最大温度T_j-2max和标准温度T_set的差值。

优选的，在通过第j-1个熔池的最大熔池温度T_j-1max计算第j个熔池的激光功率时，如果T_min＜T_j-1max＜T_max，则正常计算；如果T_j-1max＞T_max或T_j-1max＜T_min，则通过二分法重新降低或升高激光功率来继续求解第j-1个熔池温度场，直至T_min＜T_j-1max＜T_max，才能利用的T_j-1max通过公式(2)计算第j个熔池的激光功率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种激光立体成形闭环仿真方法，该仿真方法不同于通常的热力耦合模型，在整个仿真过程中简单的采用恒定的激光功率，而是基于激光立体成形的工艺特点，通过前一个熔池的最高温度和激光功率，不断动态调整下一个熔池的激光功率，使得整个立体成形过程中功率变化能够满足当前熔池处于的位置和实际情况要求，因为当前熔池的边界条件等因素均会影响当前熔池需要的功率，而该方法通过前一个熔池的最高温度和目标制造温度之间的差值，计算得出当前熔池的功率需求，使得该功率更加的客观并符合需求；与现有激光立体成形热力耦合模型比较，基于温度闭环控制的有限元优化建模方法更符合实际成形过程的客观规律，更切合真实加工过程的优化模型，因此能准确揭示激光立体成形的热-力场演化规律及其耦合机制，对减缓激光立体成形应力及变形提供科学准则。

进一步的，基板和目标结构件的网格划分均通过有限元分析软件建立，符合仿真要求。

进一步的，计算过程中限制了首先设置初始边界条件，初始边界条件通过标准热偶模型得到，使得整个计算过程基于实际的激光立体成形技术，增加仿真过程的准确性。

进一步的，限定目标熔池温度、最低熔池温度和最高熔池温度，整个熔池在计算功率和温度场时，目标熔池温度为目标值，以期获得任意一个熔池的最合适的功率；其次，在实际成形过程中由于激光功率过大会导致粉末烧蚀，进而造成沉积失败，因此激光功率必须设置上限功率。同时为了确保熔池粉末能够完全熔化，激光功率必须设置下限功率。因此，设定温度阈值指标来控制熔池最大温度上下限，确保成形过程中熔池温度的稳定，从而获得更符合激光立体成形实际情况的热力耦合模型，进一步提高了激光立体成形宏观热应力场模拟的准确性。

进一步的，根据第j-1个熔池的温度场计算结果，自动搜索当前熔池的最高温度，如果熔池最高温度超过或低于设定值，则根据闭环控制算法对第j个熔池的激光功率进行调整，以此来完成整个过程温度场计算。随着计算的进行，任意熔覆层内的任意个熔池，该熔池的边界条件是不断改变的，带来最直接的影响为熔池内的最大温度是不断改变的；因为该熔池的前一个熔池和该熔池最接近，使得边界条件也是最相近的，本发明正是通过前一个熔池的被矫正后的最大温度计算出下一个熔池的功率，使得该熔池的功率为考虑了边界条件的功率，因此是最适用于该熔池的功率；形成了一种闭环仿真的方法。

【附图说明】

图1为本发明方法的流程图。

图2为采用传统恒定激光功率下沉积过程中熔池最大温度变化曲线。

图3为本发明基于温度闭环控制算法下沉积过程中熔池最大温度变化曲线。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述；本发明公开了一种激光立体成形闭环仿真方法；该方法基于的结构为常见的激光立体成形的结构，即基板上激光立体成形目标结构件，所述目标结构件由M个熔覆层组成；参见图1，该方法具体包括以下步骤：

步骤1，通过有限元分析软件建立激光立体成形基板的几何模型；

通过有限元分析软件建立基板的几何模型并划分网格，将基板的材料属性赋予基板，在基板的一端施加固定约束，即固定基板的一端。

步骤2，通过有限元分析软件建立激光立体成形结构件熔覆层的几何模型并确定初始边界条件，对目标结构件的几何模型施加初始边界条件并设置激光立体成形目标结构件的工艺参数，形成目标结构件的热力耦合模型。

通过有限元分析软件建立熔覆层的几何模型并划分网格，将目标结构件共划分为M个熔覆层，每一层包括若干个熔池，每一个熔池包括若干个网格，熔池包括的网格数量优选为2×2个；所述M为＞1的自然数，一层熔覆层中熔池的数量或者每一个熔池的面积由实际的目标结构件的尺寸及激光立体成形过程中的光斑大小和扫描速率所决定；划分网格后对目标结构件施加初始边界条件，所述初始边界条件包括激光吸收率，热辐射系数，对流换热系数和基板约束；确定初始边界条件后，在几何模型中输入激光立体成形此类金属常用的工艺参数，所述工艺参数包括光斑大小、扫描速度、沉积厚度和初始激光功率。

模型中目标结构件的初始边界条件通过标准热偶模型得到，标准热偶模型建立的步骤为：第一步，通过原位测量装置来获取实验激光立体成形目标结构件过程中基板的温度值的变化曲线，基板的温度值获取方式为通过焊接在基板上的热电偶获取温度值，基板上的热电偶数量包括有若干个，因此同时测量基板上若干个点的温度值的变化曲线，获得基板的温度值的变化曲线；第二步，在有限元分析软件中建立标准热偶模型，标准热偶模型中基板的尺寸和材料、目标结构件的尺寸和材料、激光立体成形工艺参数均和第一步中实验激光立体成形的目标结构件相同，来计算成形过程温度场；第三步，不断调整边界条件，最终获得与第一步的实验相吻合的基板的温度值的变化曲线，此时对应的边界条件就是校准后的，为初始边界条件，直接作为本发明中模型所用的参数，初始边界条件包括材料对于激光的激光吸收率，热辐射系数和对流换热系数。

步骤3，从下到上，依次计算每一个熔覆层的温度场，并持续的调整功率；

步骤3.1根据以往的实验数据确定熔池制造过程中的目标熔池温度T_set，最低熔池温度T_min和最高熔池温度T_max；所述目标熔池温度T_set为当熔池温度为该温度时，激光立体成形出材料的尺寸特性、显微组织和力学性能均为最佳；所述T_min和T_max为熔池温度在这两个温度范围内时，制造出材料的各方面性能能够满足指标要求；三个温度的规律为，T_min＜T_set＜T_max。

步骤3.2从第1个熔覆层开始计算该熔覆层内每一个熔池的温度场，并持续的调整功率；计算完第一个熔覆层后，依次计算第2个、第3个…至第i个；所述第1个熔覆层为紧贴基板的熔覆层，因此在计算第1个熔覆层时，基板的几何模型参与在内，第2个在第一个熔覆层上，M个熔覆层依次向上堆叠。

步骤3.2.1，计算任意一个熔覆层内的温度场并调整功率时，首先的计算该熔覆层内的第1个熔池，在计算第i层的第1个熔池的温度场，当j＝1时，激光功率选取初始值，所述初始值为目标结构件材料在激光立体成形过程中的常用值，利用移动热源和单元生死技术实现激光立体成形过程中激光热源的移动和材料的连续添加，完成j＝1熔池的温度场计算，得到该熔池内温度场的云图，同时模型计算得出该熔池的最大温度T_1max，如果该温度介于T_max和T_min的控制范围内，按照闭环控制算法PID来求解第j＝2个熔池需施加的激光功率大小，计算公式为：

P(2)＝P(1)+K_pe(1)+K_ie(1)+k_de(1) (1)

式中，P(2)为第2个熔池的激光功率，P(1)为第1个熔池的激光功率，K_p为比例系数，K_i为积分系数，k_d为微分系数，e(1)＝T_set-T_1max为温度差值。

若第1个熔池的最高温度介于最大和最低温度控制范围外，则闭环控制失败，应采用二分法重新降低或升高初始激光功率来继续求解第1个熔池温度场，直至第1个熔池最大温度T_1max介于温度控制范围内；

计算出第1个熔池的最高温度T_1max以及第2个熔池功率后，模型中采用计算出的P(2)代入模型中，开始计算第2个熔池的温度场，由第2个熔池的温度场得到第2个熔池的最高温度T_2max，依次类推，以下介绍第i层内第j个熔池的激光功率；

步骤3.2.2计算第i层的第j个熔池的激光功率，j＞1；

(1)判断第j-1个熔池的最高温度T_j-1max是否介于T_max和T_min的控制范围，如果否，执行步骤(2)，如果是，执行步骤(3)；

(2)若第j-1个熔池的最高温度介于T_max和T_min控制范围外，则闭环控制失败，采用二分法重新降低或升高第j-1个熔池的激光功率来继续求解第j-1个熔池温度场，直至第j-1个熔池的最大温度T_j-1max介于T_max和T_min的控制范围内，然后执行步骤(3)；

(3)根据前一熔池，即第j-1个熔池的最大温度T_j-1max，按照闭环控制算法PID来求解第j个熔池需施加的激光功率大小，计算公式如下式(2)所示：

式中，P(j)为第j个熔池的激光功率，K_p为比例系数，K_i为积分系数，k_d为微分系数，m为熔池个数，e(j-1)＝T_set-T_j-1max为第j-1个温度场的最大温度T_j-1max和标准温度T_set的差值；e(j-2)＝T_set-T_j-2max为第j-2个温度场的最大温度T_j-2max和标准温度T_set的差值。

步骤3.2.3，持续重复步骤3.2.2，直至第j个熔池为当前熔覆层的最后一个熔池，第i个熔覆层的激光功率计算结束；

步骤3.3，重复步骤3.2，至M个熔覆层内所有的熔池计算结束，整个目标结构件的激光功率计算结束，激光立体闭环成形仿真结束。

上述在步骤3.2.2中，随着计算的进行，任意熔覆层内的任意个熔池，因为熔池的位置在不断改变，使得该熔池的边界条件是不断改变的，带来最直接的影响为熔池内的最大温度是不断改变的；因为该熔池的前一个熔池和该熔池最接近，使得边界条件也是最相近的，本发明正是通过前一个熔池的被矫正后的最大温度计算出下一个熔池的功率，使得该熔池的功率为考虑了边界条件的功率，因此是最适用于该熔池的功率；形成了一种闭环仿真的方法。

实施例

下面仅以激光立体成形基板单边夹持的单道单层为代表，阐述在激光立体成形过程中，该实施例是基于温度闭环控制算法来优化建立激光立体成形热-力场有限元模型。本实施例在激光立体过程中，材料采用Ti-6Al-4V钛合金，起始激光功率2000W，扫描速度10mm/s，光斑直径2mm，层厚为0.2mm，熔池网格划分为2×2，成形结构为基板单边夹持的单道单层薄壁墙。

步骤1，利用有限元分析软件ABAQUS建立基板的几何模型并划分网格，将基板的材料属性赋予基板，在基板的一端施加固定约束，即固定基板的一端,。

步骤2，通过ABAQUS有限元分析软件建立激光立体成形构件熔覆层的几何模型并确定初始边界条件；创建熔覆层的几何模型并合理划分网格，然后将材料属性赋予熔覆层，每一个熔池内的网格数量为2×2个，划分网格后利用标准实验校准热力耦合模型，将校准后所获得的准确的热力耦合模型中的边界条件作为激光立体成形目标结构件中的初始边界条件，将目标初始边界条件输入至几何模型中，所述初始边界条件包括激光吸收率，热辐射系数和对流换热系数，其中，激光吸收率为0.13，该模型将辐射和对流系数结合为一个系数，不同的温度对应不同系数，具体如下表1所示；在几何模型中设置与实验过程相同的工艺参数，扫描速度10mm/s，光斑直径2mm，层厚为0.2mm；热力耦合模型建立完成。

表1系数和温度的关系

系数	温度
		6	25
16.15	300
		33.91	600
70.66	1000
		215.07	1600
1180.49	3000

步骤3，从下到上，依次计算每一个熔覆层的温度场，并持续的调整功率；

步骤3.1本发明选取T_set＝2100℃来作为熔池温度闭环控制的指标，选取T_max＝2300℃和T_min＝1900℃分别作为熔池温度上下限来确保在成形过程中熔池温度波动的稳定性。

步骤3.2，根据熔池温度与设定温度的差值，采用PID控制方法来修正激光功率；从第1个熔覆层的第1个熔池开始计算，由第1个熔池的最高熔池温度T_1max计算出第2个熔池的激光功率，依次类推，至计算完1个熔覆层的所有熔池；开始计算第2个熔覆层的熔池，依次类推，直至M个熔覆层的所有激光功率计算完成；在计算某一个熔覆层的第j个熔池时，其计算公式为：

经验证后，本实施例选取比例系数K_p＝0.7，积分系数K_i＝0.01，微分系数k_d＝0.1。

在计算过程中，如果第j-1个熔池的最高温度T_j-1max介于2300℃和1900℃的控制范围之间，根据PID控制算法求出作用于第j个熔池激光功率的大小；如果第j-1个熔池的最高温度T_j-1max高于T_max或低于T_min，则闭环控制失败，采用二分法重新降低或升高激光功率来进一步求解第j-1个熔池温度场，以此类推，完成整个成形过程中温度场的求解。

为对比该方法的效果，设置对比例，对比例以恒定功率2000W来完成整个堆积过程温度场计算，结果如图2所示，由图2可以看出，随着热源移动，熔池最高温度逐渐高于设定温度值至稳定。显然，采用传统的恒定功率来计算温度场，由于热累积作用，将导致熔池温度偏离设定温度值，整个计算过程精度有待提高；而采用本实施例中温度闭环控制算法来进行反馈控制，如图3所示，在热源移动的过程中，判断当前熔池最高温度与设定温度之间的差值来实时调整激光功率，随着激光立体成形的进行，不同熔池的功率是不断减小的，但是每一个熔池内的温度基本保持稳定，在设定温度的范围之内，且在目标温度附近。

本发明基于温度闭环控制算法，根据熔池温度大小对激光功率进行实时调整，以达到与实际加工过程跟贴近的模拟效果，在优化模型的计算过程中，熔池温度始终保持均匀稳定；而传统的恒定功率热力耦合模型，随着堆积过程进行，由于热累积或边界条件的改变，导致熔池温度急剧不稳定，这完全不符合实际加工过程。此外，熔池温度控制系统可以提高薄壁试样的几何精度；热累积效应所造成的薄壁试样在高度方向上出现的上粗下细现象，在熔池温度控制系统作用下能够得到有效的抑制，可以获得在整个高度方向上均匀一致的几何尺寸。故本发明将有效改善激光立体成形热力耦合模型的准确性，大大推进对激光立体成形热应力场的认识。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立基板的几何模型；

步骤2，建立目标结构件的几何模型并划分网格，将目标结构件划分为M个熔覆层，每一个熔覆层包括若干个熔池，一个熔池包括若干个网格；对目标结构件的几何模型施加初始边界条件并设置激光立体成形目标结构件的工艺参数，形成目标结构件的热力耦合模型；

步骤3，通过目标结构件的热力耦合模型计算每一个熔覆层中每一个熔池的温度场和激光功率，具体包括以下步骤：

步骤3.1，在热力耦合模型中设定目标熔池温度T_set，最低熔池温度T_min和最高熔池温度T_max；

步骤3.2，计算第1个熔覆层内每一个熔池的温度场和激光功率，至第1个熔覆层内所有熔池计算结束；计算第2个熔覆层内每一个熔池的温度场和激光功率，至第2个熔覆层内所有熔池计算结束，…，计算第i个熔覆层内每一个熔池的温度场和激光功率，至第i个熔覆层内所有熔池计算结束；i为≥1的自然数；

计算第i个熔覆层内温度场和激光功率时，从该熔覆层内的第1个温度场开始计算，得到第1个熔池的最大熔池温度T_1max；通过第1个熔池的最大熔池温度T_1max计算第2个熔池激光功率，通过第2个熔池激光功率计算第2个熔池的温度场，进而得到第2个熔池的最大熔池温度T_2max…，通过第j-1个熔池的最大熔池温度T_j-1max计算第j个熔池激光功率，通过第j个熔池激光功率计算第j个熔池的温度场，进而得到第j个熔池的最大熔池温度T_jmax，依次类推至第i个熔覆层所有熔池的温度场和激光功率计算结束；

步骤3.3，重复步骤3.2，至M个熔覆层内所有的熔池计算结束，整个目标结构件的激光功率计算结束，激光立体成形闭环仿真结束。

2.根据权利要求1所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，通过有限元分析软件建立几何模型，将初始边界条件和激光立体成形目标结构件的工艺参数输入至有限元分析软件中，形成热力耦合模型。

3.根据权利要求1所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，步骤2中，所述初始边界条件包括激光吸收率，热辐射系数，对流换热系数和基板约束；所述激光立体成形目标结构件的工艺参数包括光斑尺寸、扫描速度、沉积厚度和初始激光功率。

4.根据权利要求1所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，步骤2中，所述初始边界条件通过标准热偶模型得到，所述标准热偶模型的计算过程为：第一步，获取激光立体成形目标结构件过程中基板的温度变化曲线；第二步，通过有限元分析软件建立标准热偶模型，标准热偶模型中设定参数和第一步中激光立体成形目标结构件的参数相同；第三步，不断调整标准热偶模型中的边界条件，获得与第一步中基板的温度变化曲线相同的标准热偶模型中基板的温度变化曲线，此时对应的边界条件为初始边界条件。

5.根据权利要求4所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，第二步中，标准热偶模型中设定参数包括基板的尺寸和材料、目标结构件的尺寸和材料、以及激光立体成形工艺参数。

6.根据权利要求1所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，步骤3.1中，所述目标熔池温度T_set为当熔池温度为该温度时，激光立体成形出材料的尺寸特性、显微组织和力学性能最佳；所述T_min和T_max为熔池温度在这两个温度之间时，激光立体成形出材料的各个性能满足指标要求；针对不同的材料，T_set、T_min和T_max均通过实验得到。

7.根据权利要求6所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，T_min＜T_set＜T_max。

8.根据权利要求1所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，步骤3.2中，计算每一个熔覆层中第j个熔池的温度场和激光功率时，将第j-1个熔池的最大温度T_j-1max和激光功率代入，通过闭环控制算法PID计算第j个熔池的激光功率，计算公式如下式(2)所示：

式中，P(j)为第j个熔池的激光功率，K_p为比例系数，K_i为积分系数，k_d为微分系数，m为熔池个数；e(j-1)＝T_set-T_j-1max为第j-1个温度场的最大温度T_j-1max和标准温度T_set的差值；e(j-2)＝T_set-T_j-2max为第j-2个温度场的最大温度T_j-2max和标准温度T_set的差值。

9.根据权利要求8所述的一种激光立体成形闭环仿真方法，其特征在于，在通过第j-1个熔池的最大熔池温度T_j-1max计算第j个熔池的激光功率时，如果T_min＜T_j-1max＜T_max，则正常计算；如果T_j-1max＞T_max或T_j-1max＜T_min，则通过二分法重新降低或升高激光功率来继续求解第j-1个熔池温度场，直至T_min＜T_j-1max＜T_max，才能利用的T_j-1max通过公式(2)计算第j个熔池的激光功率。