氧化铝/环氧树脂混合粉末选择性激光烧结的有限元模拟和实验研究
发布时间：2021-01-26 10:13
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering,SLS）是增材制造技术（Additive Manufacturing,AM）的一个重要分支,在航空航天、医疗、汽车等领域得到了广泛的应用。SLS成型方式可分为直接法与间接法,使用间接法可以快速制造出任意形状的陶瓷零件,这是其他传统制造方法无法实现的。目前,间接选择性激光烧结陶瓷成型件依然存在一些问题,例如工艺不完善、成型件强度不足等。本文利用有限元模拟与实验研究相结合的方法,以氧化铝/环氧树脂混合粉末为研究对象,对SLS成型工艺进行了研究,主要研究内容与结论如下:（1）研究了激光束与粉末材料之间的相互作用及烧结过程中能量的传递过程,发现当激光的波长增大时,陶瓷材料和环氧树脂对激光能量的吸收率变大。激光束光斑内激光光强分布不均匀,光强最大位处于光斑的中心,距离中心越远,光强强度越低。探讨了粉末烧结的三种成型机理,发现SLS技术中主要是液相烧结机制,并研究了实现液相烧结的三个重要条件:润湿性、溶解度和液相数量。（2）利用ANSYS有限元分析软件,建立了氧化铝/环氧树脂混合粉末选择性激光烧结过程的有限元模型。使用APDL...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 选择性激光烧结技术
1.2.1 基本原理
1.2.2 选择性激光烧结的分类
1.2.3 选择性激光烧结的特点
1.3 发展现状
1.3.1 国外发展概况
1.3.2 国内发展概况
1.4 研究目的与意义
1.5 研究内容
第二章 SLS成型机理研究
2.1 激光和粉材之间的相互作用
2.1.1 粉材对激光能量的吸收
2.1.2 激光对粉材的加热
2.2 陶瓷粉末间接SLS机理
2.3 影响成型质量的因素
2.4 本章小结
第三章 氧化铝粉末间接SLS过程瞬态模拟
3.1 有限元分析法
3.2 模型的建立
3.2.1 建模与网格划分
3.2.2 热源模型
3.2.3 初始条件和边界条件
3.2.4 材料参数的确定
3.2.5 相变潜热和焓
3.3 温度场瞬态模拟分析
3.3.1 温度场模拟流程
3.3.2 烧结工艺参数
3.3.3 各个时刻的温度场分析
3.3.4 特征点随时间变化的温度分析
3.4 应力场瞬态模拟分析
3.4.1 应力场模拟流程
3.4.2 特征点随时间变化的应力分析
3.4.3 特征点随时间变化的应变分析
3.5 SLS烧结过程影响因素模拟研究
3.5.1 预热温度
3.5.2 激光功率
3.5.3 扫描速度
3.5.4 扫描间距
3.5.5 铺粉厚度
3.6 本章小结
第四章 氧化铝粉末间接SLS工艺优化及实验与模拟对比研究
4.1 材料的选择
4.2 材料的制备
4.3 实验设备
4.4 实验方案的设计
4.5 间接SLS成型件质量研究
4.5.1 强度分析
4.5.2 精度分析
4.5.3 翘曲变形
4.5.4 最优工艺参数的确定
4.6 成型件翘曲变形模拟结果与实验结果的对比分析
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]陶瓷材料增材制造技术研究进展[J]. 周汝垚,帅茂兵,蒋驰. 材料导报. 2016(01)
[2]基于SLS技术的精铸蜡粉烧结件翘曲变形研究[J]. 姜乐涛,白培康,王建宏,刘斌. 热加工工艺. 2014(09)
[3]精铸蜡粉激光烧结成型工艺试验研究[J]. 王建宏,夏建强,张国伟,白培康,程军. 铸造设备与工艺. 2012(02)
[4]增材制造技术的发展[J]. 李涤尘,田小永,王永信,卢秉恒. 电加工与模具. 2012(S1)
[5]激光选区快速成型技术在汽车行业的应用[J]. 王雅先. 激光杂志. 2011(03)
[6]金属粉末激光快速成形技术及发展现状[J]. 尚晓峰,韩冬雪,于福鑫. 机电产品开发与创新. 2010(05)
[7]基于直接激光金属烧结的金属粉末扫描路径实验研究[J]. 凡进军,赵剑峰,肖猛. 热加工工艺. 2010(13)
[8]国内外主要SLS成型材料及应用现状[J]. 崔意娟,白培康,王建宏,刘斌. 新技术新工艺. 2009(04)
[9]激光快速成形过程中熔池形态的演化[J]. 陈静,谭华,杨海欧,刘振侠,黄卫东. 中国激光. 2007(03)
[10]陶瓷器件的快速原型制造技术研究进展[J]. 单联娟. 江苏陶瓷. 2005(03)
博士论文
[1]粉末激光快速成形与等静压复合过程工艺与数值模拟研究[D]. 杜艳迎.华中科技大学 2011
[2]选择性激光烧结间接制造金属零件研究[D]. 刘锦辉.华中科技大学 2006
[3]选择性激光烧结高分子材料及其制件性能研究[D]. 汪艳.华中科技大学 2005
本文编号：3000930
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 选择性激光烧结技术
1.2.1 基本原理
1.2.2 选择性激光烧结的分类
1.2.3 选择性激光烧结的特点
1.3 发展现状
1.3.1 国外发展概况
1.3.2 国内发展概况
1.4 研究目的与意义
1.5 研究内容
第二章 SLS成型机理研究
2.1 激光和粉材之间的相互作用
2.1.1 粉材对激光能量的吸收
2.1.2 激光对粉材的加热
2.2 陶瓷粉末间接SLS机理
2.3 影响成型质量的因素
2.4 本章小结
第三章 氧化铝粉末间接SLS过程瞬态模拟
3.1 有限元分析法
3.2 模型的建立
3.2.1 建模与网格划分
3.2.2 热源模型
3.2.3 初始条件和边界条件
3.2.4 材料参数的确定
3.2.5 相变潜热和焓
3.3 温度场瞬态模拟分析
3.3.1 温度场模拟流程
3.3.2 烧结工艺参数
3.3.3 各个时刻的温度场分析
3.3.4 特征点随时间变化的温度分析
3.4 应力场瞬态模拟分析
3.4.1 应力场模拟流程
3.4.2 特征点随时间变化的应力分析
3.4.3 特征点随时间变化的应变分析
3.5 SLS烧结过程影响因素模拟研究
3.5.1 预热温度
3.5.2 激光功率
3.5.3 扫描速度
3.5.4 扫描间距
3.5.5 铺粉厚度
3.6 本章小结
第四章 氧化铝粉末间接SLS工艺优化及实验与模拟对比研究
4.1 材料的选择
4.2 材料的制备
4.3 实验设备
4.4 实验方案的设计
4.5 间接SLS成型件质量研究
4.5.1 强度分析
4.5.2 精度分析
4.5.3 翘曲变形
4.5.4 最优工艺参数的确定
4.6 成型件翘曲变形模拟结果与实验结果的对比分析
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]陶瓷材料增材制造技术研究进展[J]. 周汝垚,帅茂兵,蒋驰. 材料导报. 2016(01)
[2]基于SLS技术的精铸蜡粉烧结件翘曲变形研究[J]. 姜乐涛,白培康,王建宏,刘斌. 热加工工艺. 2014(09)
[3]精铸蜡粉激光烧结成型工艺试验研究[J]. 王建宏,夏建强,张国伟,白培康,程军. 铸造设备与工艺. 2012(02)
[4]增材制造技术的发展[J]. 李涤尘,田小永,王永信,卢秉恒. 电加工与模具. 2012(S1)
[5]激光选区快速成型技术在汽车行业的应用[J]. 王雅先. 激光杂志. 2011(03)
[6]金属粉末激光快速成形技术及发展现状[J]. 尚晓峰,韩冬雪,于福鑫. 机电产品开发与创新. 2010(05)
[7]基于直接激光金属烧结的金属粉末扫描路径实验研究[J]. 凡进军,赵剑峰,肖猛. 热加工工艺. 2010(13)
[8]国内外主要SLS成型材料及应用现状[J]. 崔意娟,白培康,王建宏,刘斌. 新技术新工艺. 2009(04)
[9]激光快速成形过程中熔池形态的演化[J]. 陈静,谭华,杨海欧,刘振侠,黄卫东. 中国激光. 2007(03)
[10]陶瓷器件的快速原型制造技术研究进展[J]. 单联娟. 江苏陶瓷. 2005(03)
博士论文
[1]粉末激光快速成形与等静压复合过程工艺与数值模拟研究[D]. 杜艳迎.华中科技大学 2011
[2]选择性激光烧结间接制造金属零件研究[D]. 刘锦辉.华中科技大学 2006
[3]选择性激光烧结高分子材料及其制件性能研究[D]. 汪艳.华中科技大学 2005
本文编号：3000930
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3000930.html
