多层多道金属粉末激光烧结体翘曲变形模拟

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1、多层多道金属粉末激光烧结体翘曲变形模拟摘要金属粉末直接激光烧结(DirectMetalLaserSintering，DMLS)技术是选择性激光烧结技术的一个重要发展方向，DMLS工艺中，高能量的激光直接烧结金属粉末成形致密度高的零件，无须后处理，缩短研发时间，降低成本，是一项很有潜力的快速成形新技术。DMLS工艺还处在实验室研究阶段，目前烧结件普遍存在翘曲变形严重等缺陷，本文将围绕此问题开展研究。采用ANSYS有限元分析软件，以矩形件为例，综合考虑热传导、热辐射、热对流、相变潜热和动态的非线性材料属性等，建立与真

2、实工艺状态相一致的有限元模型，并采用APDL语言编程实现激光热源的移动加载，采用“生死单元”技术实现多层多道烧结过程中材料的增长，对316L不锈钢粉末材料烧结过程中温度场和热应力场进行深入研究，分析多层多道烧结区域的特征、各烧结层及各烧结道之间的影响，并重点研究了烧结件的翘曲变形规律。研究不同扫描路径对烧结件翘曲变形量和成形效率的影响，确定螺旋线扫描为最优的～种扫描路径；分析预热温度与烧结件翘曲变形量之间的关系，并得出最佳预热温度为300℃；以减小烧结件翘曲变形量为目标，结合正交试验设计方法，优选包括激光功率、扫

3、描速度、扫描间距和粉层厚度的四个重要工艺参数，最终得出一组最优工艺参数组合，以指导后续的模拟和实际生产。参考矩形件的分析方法和优化结果，对复杂蜗旋件选区激光烧结进行有限元模拟，考察其温度场，并在此基础上分析蜗旋件的变形趋势，最后提出通过在螺旋区域预设加强筋来控制蜗旋件的变形。关键词：金属粉末直接激光烧结有限元模拟温度场热应力场翘曲变形FiniteElementSimulationofWarpDistortioninDirectMetalLaserMulti—layersandMulti-tracksSinteri

4、ngAbstractDirectMetalLaserSinteringprocessisasignificantdevelopmentbranchofSelectiveLaserSinteringtechnology．Metalpowderissinteredbyhigherpowerlasertoproducehighdensificationpartsdirectly．Theadvantagesinclude：postprocessisunnecessary，researchanddevelopmentcyc

5、lesareshorten，andmanufacturecostsarereduced．ItisanewRapidPrototypingtechnologywhichhasgreatpotential．However,DMLSprocessisinthelaboratory,warpdistortionisauniversalprobleminsinteredparts．Inthisstudysomekeyproblemsarediscussed．Theprocesswhichsinteredrectangula

6、rplatewitll316LstainlesssteerpowderissimulatedbyANSYS．Whenthefiniteelementmodelisbuilt，thermalconduction，thermalconvection，thermalradiation，phase-changelatentheatandmaterialnonlinearityareconsideredcomprehensively．APDLlanguageisusedtopromotethemovementoflaser

7、andthetechniqueofbirth／deathelementisintroducedinmulti-layerssinteringsimulation．Thermaldistributionandthermalstressdistributionat'einvestigated，thefeatureofmulti-layersandmulti—trackssinteringpart，theeriectsbetweeneachlayerandeachtrackareanalyzed，andthewarpd

8、istortionrulesaredeeplyresearched．WarpdeflectionandformefficiencyareanalyzedwithfourdifferentSCanpathsandthespiralSCanpathisselected．Therelationship6e“研渤preheatingtemperatureandwarpdeflat