金属粉末材料选区激光烧结快速成形机理与温度场数值模拟研究

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选区激光烧结技术属于快速成形技术,是上世纪80年代发展起来的一种先进制造技术,主要是基于离散-堆积的原理,该技术具有加工与零件的复杂程度无关、成形速度快、加工成本与零件的生产批量无关等特点。金属粉末选区激光烧结技术是目前研究的热点,但是国内外在金属零件激光快速成形领域的基础研究工作主要集中在金属粉末高功率激光熔覆直接成型技术方面,有关低功率金属粉末选区激光烧结成型技术方面的基础研究工作,如金属粉末材料制备、金属粉末激光烧结成型机理、成型过程温度场数值模拟技术方面的研究报道甚少。   选区激光烧结零件结构设计的优化和快速成形制造中的三维实体模型的数据表示以及快速成形制造中的三维反求技术都是快速成形技术的关键问题,其中在选区激光烧结零件结构优化设计的研究过程中总结了十几条结构设计经验,通过结构设计的优化可以有效地提高制件的成形质量。在三维数据表示中提出了直接切片算法格式要优于传统的STL文件格式,三维反求技术是一种快速获取三维模型数据的好方法;选区激光烧结温度场的数值模拟研究,以ANSYS有限元分析软件为平台,综合考虑了热量传递、热物性参数、工艺参数等,利用APDL语言编程建立了与实际加工所一致的有限元模型,并且实现了激光束的移动。分别对316L与PA6的混合粉末与单独的316L粉末进行了模拟激光烧结,通过变化的工艺参数得到变化的温度场分布情况,从参数对比中找到了最佳工艺参数。热物性参数的计算是根据公式4.6、4.7和4.8进行计算的,计算的过程简洁并且准确性较高;最后,使用快速成形机做激光烧结试验,将试验结果与模拟试验结果进行对比,试验结果与模拟结果是相吻合的,从而验证了模拟试验的可靠性。   通过金属粉末间接法激光烧结相关方面的研究,为制造高性能高精度复杂金属零件奠定了技术基础,促进了该项技术的进步及工程化推广应用。
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