选择性激光熔融技术模拟研究

发布时间：2020-03-21 18:22

【摘要】：选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术作为快速成型(Rapid Prototyping and Manufacturing,RPM)加工工艺重要组成部分,是一种利用激光加热金属或者合金粉末直接熔化凝固成金属零件的快速、高效、应用能力强的制造技术,由于传统加工方式的局限性,选择性激光熔化成型技术逐渐成为高精密器件的加工方式。由于SLM加工过程高温瞬时性、传热过程复杂性、影响因素混合性等诸多因素的影响,通过试验研究需要投入较大的物力、财力、人力,较难直接用试验的方法准确测定从金属粉末到熔化-熔融-凝固一系列传热过程和应力分布情况,所以很有必要通过数值模拟研究分析诸多影响因素及其相互关系,越来越多的研究人员也通过数值模拟的方法研究工艺参数、材料属性、环境等因素对SLM加工技术温度、应力分布影响,不仅节省物力财力投入减少研究成本,同时可以客观为试验提供有力理论依据。本文采用有限元法研究了 Ti6A14V(TC4)合金材料从粉末态到实体态转变过程中温度-应力分布特征,分析了 SLM瞬态过程三维温度场、应力场分布规律。详细讨论了能量密度、激光扫描路径间距、扫描速度、基板材料等因素对加工过程影响,并且探讨了实体内部温度随时间变化规律、路径长度对熔融道间的温度应力随时间变化影响以及不同功率-速度工况下熔缝处温度应力分布规律以及熔池体积分布规律。研究结果表明,通过研究三维方向上的温度-应力分布,可以发挥数值模拟的优势即清晰的呈现SLM扫描过程中温度和应力随时间的变化规律,在一定范围内增加熔道长度有利于降低温度梯度从而降低应力峰值,最后,通过分析不同扫描功率-速度工况下的熔缝处温度、应力、熔池体积分布规律发现增加能量密度熔池最高温度、应力峰值和熔池体积相应增加。本文的研究结果可以为工程试验提供理论基础和实际指导意义。
【图文】：

温度分布,数值模拟模型,参数,材料属性

华北电力大学N学位论文逡逑为保证材料属性参数的可靠性和更加真实工况，作者通过查阅大量文献资料逡逑以争取数据更加准确，如图３－３所示，导热系数、焓值、比热、总换热系数、力逡逑学参数等均是随温度变化的动态参数，通过验证结果说明在同样材料属性和功率、逡逑速度工况下，其最高温度和在三维实体材料中的温度分布如图３－１—致，，例如在逡逑垂直于扫描方向距扫描中心距离0．0５ｍｍ时ｐ５点位置温度都约为２２５０Ｋ，可以逡逑认为本文模拟材料属性和运行参数可行。逡逑表３－１邋Ｈｕａｎｇ模拟参数１２１逡逑＿参数逦数值逡逑激光功率，／＞（Ｗ）逦１２０逡逑扫描速度，Ｆ邋（ｍｍ／ｓ）逦２２０逡逑激光半径，ｗ邋（ｍｍ）逦０．０５逡逑路径间距，ｄ邋（ｍｍ）逦０．０５逡逑粉层对激光的吸收率

位论,华北电力大学,力分布,监测点

IXYZ方向温度一应力分布监测点
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665;TN249

【参考文献】