选择性激光熔化金属粉末的能量传递和累积研究

发布时间：2018-04-05 02:24

本文选题：选择性激光熔化　切入点：温度场　出处：《浙江工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：选择性激光熔化金属粉末技术主要是针对金属材料领域的三维快速成型制造。在选择性激光熔化金属粉末加工过程中,集中的移动激光热源以及复杂的材料热物性属性会导致在加工过程中形成集中的不均匀的温度场,造成局部能量过多或不足而产生相应成型缺陷,因此采用有限元模拟的方法对烧结过程中的温度场进行研究,对掌握烧结过程中的复杂的能量传递形式和指导工艺参数的选择具有重要的意义。分析了选择性激光熔化加工过程的工况,发现复杂的材料属性、移动激光热源加载、金属潜热的吸收和释放等方面对能量的传递有着重要的影响。在考虑了上述因素下构建了316L不锈钢粉末瞬时温度场模拟的模型,并利用模型进行了单道、多道、多层的扫描模拟,然后对实验烧结的试件的表面形貌进行观察,以便与模拟结果进行对比。本文内容主要有以下几个方面：1、由选择性激光熔化过程中能量的动态传递的分析可知,对316L不锈钢实体状态与粉末状态的材料热物属性进行区分。在ABAQUS软件的子程序进行材料由粉末状态向实体状态的转变的赋值,实现材料的热物性参数可以随温度和材料状态的变化而发生改变；并通过状态变量的添加,使处于开始熔化和完全熔化部分的材料的热传导率可以按照粉末与实体所占的比例进行赋值,这样使模拟结果可以得到熔化道的边缘的熔化程度的结果。2、利用建立的模型进行了单道扫描模拟,对结果按照熔化道边缘宽度进行划分,将激光功率分为三个区间,分别为能量不足、能量适中、能量过高三个区间；进行了多道的扫描模拟,从扫描道中心点随时间变化的温度曲线中可以看到相邻的扫描道之间温度的相互影响和能量累积现象,并研究了不同搭接率对能量累积的影响。3、结合生死单元技术进行了多层多道的温度场模拟,研究层与层之间能量的传递方式和相互影响；建立全粉末模型与包含实体的粉末模型进行对比,得到实体在粉床中起到泄能的作用的结论。4、对实验加工的样件的表面形貌进行观察,从观察到的现象可以定性的证明模拟结果的正确性。
[Abstract]:In the process of selective laser melting metal powder , the temperature field of 316L stainless steel powder is studied by means of finite element simulation .
through the addition of the state variable , the thermal conductivity of the material at the beginning melting and the full melting part can be assigned according to the proportion of the powder and the solid , so that the simulation result can obtain the result of the melting degree of the edge of the melt channel .
In this paper , the mutual influence and energy accumulation phenomenon of the temperature between adjacent scanning channels can be seen from the temperature curve of the center point of the scanning track over time , and the influence of different lapping rates on the energy accumulation is studied .
A full - powder model is established and compared with the powder model containing the solid , so as to obtain the conclusion that the entity plays a role in discharging energy in the powder bed . 4 . The surface appearance of the sample is observed , and the correctness of the simulation result can be qualitatively demonstrated from the observed phenomenon .

【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG665

【参考文献】