金属激光选区熔化增材制造数值模拟与实验研究
发布时间：2020-12-27 11:06
选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting,SLM）可以不受模型复杂程度,将金属粉末材料直接加工成形成复杂的金属零件,是增材制造（Additive Manufacturing,AM）技术领域最具发展前景的工艺之一。SLM成形过程中,金属粉末材料在高能量热源的作用下快速熔化凝固,在零件内部产生较大的温度梯度,导致零件发生翘曲变形,影响零件的精度,而加工工艺参数是影响成形过程中温度场和应力场的最重要的因素之本文以ABAQUS有限元分析软件为平台,对316L不锈钢材料的SLM多层多道成形过程进行热-力耦合场数值模拟。针对目前已有的SLM模型存在的问题,通过Jmat Pro软件获得了金属材料随不同温度变化的热物性参数,建立相应的热本构方程,综合考虑了在激光热源扫描过程中粉床的热对流和热辐射影响,通过与高斯面热源的对比,建立沿粉床深度方向纵向衰减的高斯体热源模型,研究了不同扫描速率和激光功率对温度场分布和熔池形貌的影响。研究表明当激光功率为150W,扫描速率为500mm/s时,熔池的温度、宽度和高度较为合适,利于SLM成形过程的顺利进行。在温度场的研究基础上,采用顺序有限...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｈｅｌｉｓｙｓ公司ＬＯＭ系统装置图??
４）选择性激光烧结（ＳＬＳ）??选择性激光烧结技术采用的成形材料多为各种粉末微粒材料，采用Ｃ０２激光器作为??能源。成形原理图如图１．４所示，在工作平台上铺上一定厚度的粉末微粒材料，激光器按??照计算机分层的零件轮廓对粉末材料进行选择性的烧结；一层全部完成后，铺粉系统再??次铺一定层厚的粉末，激光再次进行选择性的烧结，直到全部烧结完成。将成形工作区??域的多余粉末去掉后，对成形件开展打磨、烘干等后处理。当下，较成熟的工艺材料主??要是蜡粉和塑料粉，金属粉末微粒或者陶瓷粉末微粒进行烧结的工艺还在试验研究阶??段。ＳＬＳ技术可选用的原材料范围广泛，后处理简单，应用范围较广，适用于功能及原??型零部件的制造。激光参数、粉末特性以及烧结的气氛是影响ＳＬＳ成形过程中成形件质??量的重要参数⑴。??麗＇：…．?激光?，ｊｊ?ｗ＿ｍｌ＇?＿Ｍ—??、麵丨…丨，丨丨－丨丨漏?画兰??扫描镜?亡ｑ??ｍ??平台?粉末??￣?；?：：ｒ?；ｌ??图１．４选择性激光烧结原理图??Ｆｉ
??？?门Ｉ?紫外线激光??图１．３自由液面型光固化成形系统结构??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｙｐｅ?ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ??但是由于ＳＬＡ成形系统需要有对液态光敏树脂进行操作的精密设备，且对工作环境??要求较苛刻。此外，成形件局限为树脂类，强度、耐热性和刚度都有限，不利于成形件??的长期保存［３］。??４）选择性激光烧结（ＳＬＳ）??选择性激光烧结技术采用的成形材料多为各种粉末微粒材料，采用Ｃ０２激光器作为??能源。成形原理图如图１．４所示，在工作平台上铺上一定厚度的粉末微粒材料，激光器按??照计算机分层的零件轮廓对粉末材料进行选择性的烧结；一层全部完成后，铺粉系统再??次铺一定层厚的粉末，激光再次进行选择性的烧结，直到全部烧结完成。将成形工作区??域的多余粉末去掉后，对成形件开展打磨、烘干等后处理。当下，较成熟的工艺材料主??要是蜡粉和塑料粉
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟[J]. 杜洋,乔凤斌,郭立杰,李鹏,朱小刚. 电焊机. 2018(08)
[2]选择性激光熔化Cu10Sn合金成型试验[J]. 史金光,刘平,金霞,金莹,翁子清. 工业技术创新. 2018(04)
[3]微桁架点阵结构在飞机结构/功能一体化中的应用[J]. 王向明,苏亚东,吴斌,张瑞,王福雨,汪嘉兴,邢本东. 航空制造技术. 2018(10)
[4]激光增材制造热-力耦合数值模拟研究现状及进展[J]. 何贝贝,吴文恒,张亮,卢林,杨启云. 材料导报. 2017(S2)
[5]选择性激光熔化高熵合金CoCrFeNiMn成形试验[J]. 史金光,翁子清,金霞. 工业技术创新. 2017(04)
[6]基于ANSYS的SLM成形热弹塑性有限元分析[J]. 艾百运,姜勇,柯林达,姚斐,李中权,邓竹君. 航天制造技术. 2016(03)
[7]基于温度分区的激光沉积成形扫描路径生成方法[J]. 卞宏友,范钦春,李英,杨光,钦兰云,王维. 机械工程学报. 2015(24)
[8]激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展[J]. 田宗军,顾冬冬,沈理达,谢德巧,王东生. 航空制造技术. 2015(11)
[9]3D打印技术的发展分析[J]. 江洪,康学萍. 新材料产业. 2013(10)
[10]三维快速成型打印机成型材料[J]. 王位,陆亚林,杨卓如. 铸造技术. 2012(01)
博士论文
[1]低合金高强钢焊接过程固态相变力学行为研究[D]. 李勇志.上海交通大学 2015
[2]激光微烧结金属粉末的温度场和应力场的数值模拟研究[D]. 殷杰.华中科技大学 2014
[3]基于过程集成技术的铝合金轮毂疲劳寿命研究[D]. 徐立.浙江大学 2009
[4]快速成形制造关键工艺的研究[D]. 钱波.华中科技大学 2009
[5]选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D]. 章文献.华中科技大学 2008
[6]多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D]. 沈显峰.四川大学 2005
硕士论文
[1]超高强度汽车钢板电阻点焊结构强度的优化分析[D]. 丁鹏飞.华东理工大学 2016
[2]基于选择性激光熔化技术的有限元分析和扫描路径优化[D]. 徐仁俊.重庆大学 2016
[3]基于选区激光熔化的悬臂结构成形工艺研究[D]. 张忠明.重庆大学 2016
[4]金属熔融沉积成型系统设计及实验研究[D]. 秦继昊.华中科技大学 2016
[5]移动热源作用下选择性激光熔化金属粉末的温度场有限元分析[D]. 黄越.华北电力大学(北京) 2016
[6]选区激光熔化TiNi形状记忆合金热—力耦合数值模拟及实验研究[D]. 何贝贝.南京航空航天大学 2016
[7]选择性激光熔化金属粉末的能量传递和累积研究[D]. 孟祥陈.浙江工业大学 2015
[8]选区激光熔化成形过程的应力场模拟及实验研究[D]. 姜毅.华中科技大学 2012
[9]选区激光熔化成形304不锈钢的力学性能研究[D]. 肖飞.华中科技大学 2011
[10]连铸结晶器内喂钢带工艺凝固过程的热焓法分析[D]. 张妍.东北大学 2009
本文编号：2941633
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｈｅｌｉｓｙｓ公司ＬＯＭ系统装置图??
４）选择性激光烧结（ＳＬＳ）??选择性激光烧结技术采用的成形材料多为各种粉末微粒材料，采用Ｃ０２激光器作为??能源。成形原理图如图１．４所示，在工作平台上铺上一定厚度的粉末微粒材料，激光器按??照计算机分层的零件轮廓对粉末材料进行选择性的烧结；一层全部完成后，铺粉系统再??次铺一定层厚的粉末，激光再次进行选择性的烧结，直到全部烧结完成。将成形工作区??域的多余粉末去掉后，对成形件开展打磨、烘干等后处理。当下，较成熟的工艺材料主??要是蜡粉和塑料粉，金属粉末微粒或者陶瓷粉末微粒进行烧结的工艺还在试验研究阶??段。ＳＬＳ技术可选用的原材料范围广泛，后处理简单，应用范围较广，适用于功能及原??型零部件的制造。激光参数、粉末特性以及烧结的气氛是影响ＳＬＳ成形过程中成形件质??量的重要参数⑴。??麗＇：…．?激光?，ｊｊ?ｗ＿ｍｌ＇?＿Ｍ—??、麵丨…丨，丨丨－丨丨漏?画兰??扫描镜?亡ｑ??ｍ??平台?粉末??￣?；?：：ｒ?；ｌ??图１．４选择性激光烧结原理图??Ｆｉ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟[J]. 杜洋,乔凤斌,郭立杰,李鹏,朱小刚. 电焊机. 2018(08)
[2]选择性激光熔化Cu10Sn合金成型试验[J]. 史金光,刘平,金霞,金莹,翁子清. 工业技术创新. 2018(04)
[3]微桁架点阵结构在飞机结构/功能一体化中的应用[J]. 王向明,苏亚东,吴斌,张瑞,王福雨,汪嘉兴,邢本东. 航空制造技术. 2018(10)
[4]激光增材制造热-力耦合数值模拟研究现状及进展[J]. 何贝贝,吴文恒,张亮,卢林,杨启云. 材料导报. 2017(S2)
[5]选择性激光熔化高熵合金CoCrFeNiMn成形试验[J]. 史金光,翁子清,金霞. 工业技术创新. 2017(04)
[6]基于ANSYS的SLM成形热弹塑性有限元分析[J]. 艾百运,姜勇,柯林达,姚斐,李中权,邓竹君. 航天制造技术. 2016(03)
[7]基于温度分区的激光沉积成形扫描路径生成方法[J]. 卞宏友,范钦春,李英,杨光,钦兰云,王维. 机械工程学报. 2015(24)
[8]激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展[J]. 田宗军,顾冬冬,沈理达,谢德巧,王东生. 航空制造技术. 2015(11)
[9]3D打印技术的发展分析[J]. 江洪,康学萍. 新材料产业. 2013(10)
[10]三维快速成型打印机成型材料[J]. 王位,陆亚林,杨卓如. 铸造技术. 2012(01)
博士论文
[1]低合金高强钢焊接过程固态相变力学行为研究[D]. 李勇志.上海交通大学 2015
[2]激光微烧结金属粉末的温度场和应力场的数值模拟研究[D]. 殷杰.华中科技大学 2014
[3]基于过程集成技术的铝合金轮毂疲劳寿命研究[D]. 徐立.浙江大学 2009
[4]快速成形制造关键工艺的研究[D]. 钱波.华中科技大学 2009
[5]选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D]. 章文献.华中科技大学 2008
[6]多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D]. 沈显峰.四川大学 2005
硕士论文
[1]超高强度汽车钢板电阻点焊结构强度的优化分析[D]. 丁鹏飞.华东理工大学 2016
[2]基于选择性激光熔化技术的有限元分析和扫描路径优化[D]. 徐仁俊.重庆大学 2016
[3]基于选区激光熔化的悬臂结构成形工艺研究[D]. 张忠明.重庆大学 2016
[4]金属熔融沉积成型系统设计及实验研究[D]. 秦继昊.华中科技大学 2016
[5]移动热源作用下选择性激光熔化金属粉末的温度场有限元分析[D]. 黄越.华北电力大学(北京) 2016
[6]选区激光熔化TiNi形状记忆合金热—力耦合数值模拟及实验研究[D]. 何贝贝.南京航空航天大学 2016
[7]选择性激光熔化金属粉末的能量传递和累积研究[D]. 孟祥陈.浙江工业大学 2015
[8]选区激光熔化成形过程的应力场模拟及实验研究[D]. 姜毅.华中科技大学 2012
[9]选区激光熔化成形304不锈钢的力学性能研究[D]. 肖飞.华中科技大学 2011
[10]连铸结晶器内喂钢带工艺凝固过程的热焓法分析[D]. 张妍.东北大学 2009
本文编号：2941633
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