面向选区激光熔化的支撑结构优化设计

发布时间：2020-05-08 20:30

【摘要】：选区激光熔化(SLM,Seletive laser melting)成型技术是近年来迅速发展的一种增材制造技术,正被广泛应用于航空宇航、生物医疗等制造领域。SLM制造过程中零件经常出现翘曲变形和塌陷,这与零件支撑的添加相关。零件成型后支撑从零件表面剥除会影响零件的表面质量;同时支撑成型消耗多余的材料会影响SLM打印效率。因此,有必要对SLM成型零件的支撑结构进行研究。本文主要从支撑结构方向、支撑与零件接触位置的分布和支撑结构的拓扑优化设计三个方面来研究支撑结构。本文主要研究内容和创新性工作如下:(1)研究支撑结构方向对零件成型的影响。本文运用有限元仿真的方法分别模拟支撑结构方向为锐角、钝角和直角时支撑与零件接触位置受到零件热应力的位移情况。仿真结果表明:当支撑结构方向为钝角时支撑结构可以抑制零件发生翘曲变形。(2)研究支撑结构与零件位置的分布对选区激光熔化零件成型过程中成型首层温度场和应力场的影响。首先,通过ANSYS软件数值分析等间隔支撑结构模型和非等间隔支撑模型成型首层的瞬时温度场。其次,把温度场的节点温度作为载荷加载求解模型应力场,最后通过比较两者的应力场和热变形量来确定那种支撑结构分布可以更好的抑制零件的翘曲变形。(3)对壁板支撑结构进行拓扑优化求解计算。根据拓扑优化求解结果对壁板作可制造化设计,拓扑优化设计后的壁板支撑结构组成网状支撑结构。网状支撑结构与零件的接触位置跟等间隔支撑柱状结构模型相同。通过比较两者的温度场云图、等效应力场云图和热变形云图来验证拓扑优化设计后的网状状支撑结构更有利于抑制零件发生翘曲变形。
【图文】：

SLM成型设备组成部分及工作原理图

影响因素的相关性和优先级矩阵[29]
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V260.5

【参考文献】

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本文编号：2655096