铝合金激光选区熔化过程仿真及工艺优化

发布时间：2020-05-13 16:28

【摘要】：激光选区熔化技术(selective laser melting,SLM)成形铝合金零件时,由于高激光能量的输入,造成了极高的温度梯度,易于在零件成形过程中产生残余应力,引起翘曲变形甚至开裂等成形缺陷。本文基于SLM成形机理,采用有限元仿真分析技术,对铝合金SLM成形过程进行仿真,预测最终零件的变形量,为零件SLM成形工艺参数制定提供支持。论文主要工作如下:(1)运用MSC.Marc软件,建立铝合金SLM过程仿真的三级固有应变模型,包括对激光尺寸参数进行校准的热源模型,对固有应变值进行确定的局部模型,以及模拟试件SLM成形过程的结构件模型。(2)通过三级模型的模拟仿真,采取370w的激光功率,1500mm/s的扫描速度,得到铝合金零件的最终变形结果,并与相同工艺参数下的实验成形试件进行变形对比,表明本文建立的三级模型及仿真过程正确。(3)采用变工艺参数进行仿真,分别分析不同激光功率、激光扫描速度、扫描方向、支撑密度对成形件变形的影响,根据仿真结果所示的零件随工艺参数变化的变形趋势,结合致密度及力学性能要求等因素的考虑,给出了工艺参数的优化方案。(4)将仿真模型所得结果进行实验验证,经验证可得固有应变有限元法所得仿真变形结果与实际成形件变形结果相一致,证明了固有应变有限元法应用于SLM变形预测的合理性。通过上述研究,表明本文提出的三级固有应变模型对确定工艺参数及提供参考依据的科学性,可以作为工艺参数优化的手段;另一方面也可证明三级固有应变模型仿真结果可作为研究SLM变形趋势的参考。同时用实验进行验证,说明此种运用MSC.Marc软件和三级固有应变有限元法简单快速地得到SLM成形件变形结果的仿真方法可为制定工艺参数优化方案提供依据,具有一定研究和实用价值。
【图文】：

原理图,激光,选区,原理图

激光辐照将均匀铺制的粉末熔化，基于离散－堆积理念，由单一熔道组成单层成形面，逡逑再逐层堆积，通过系统给出的轨迹信息控制单层成形面的形状和扫描方式，进而由下而逡逑上堆叠成形为复杂形状的三维零件［１Ｇ］（如图１．１）。逡逑光束，转系统逡逑聚焦偏转光束ｒ＾ｒＴｉ．逡逑ｍｍｍ￣N、逡逑金一心ｆｔ逡逑栜Ｉ」逡逑图１．１激光选区熔化原理图逡逑与激光选丨＾？溶化的前身ＳＬＳ邋（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ｌａｓｅｒ邋ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＳＬＳ）相比，ＳＬＭ米用高能逡逑激光束将金属粉末直接熔化，使得ＳＬＭ成形件致密度高，孔隙度小，整体机械性能高逡逑于ＳＬＳ成形件，因此能直接应用于实际工程，而ＳＬＳ成形件则由于机械性能欠佳，更逡逑适合用于模具制造和零件的设计研发逡逑在目前的ＳＬＭ领域，所选材料均以金属材料为主，其中一般为易于成形，激光吸逡逑收率大的不锈钢（３１６Ｌ，３０９Ｌ），工具钢，钛及钛合金，铁，镍等，而铝合金作为航空逡逑航天领域使用率很高的金属，却因其较高的导热率以及对激光的较高反射率而很难进行逡逑ＳＬＭ成形

原理图,金属粉末,选区,激光

【参考文献】