移動熱源作用下選擇性激光熔化金屬粉末的溫度場有限元分析.pdf

1、選擇性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)作為快速成型技術(shù)(RapidPrototyping and Manufacturing, RPM)的重要分支，因其制造精度高，可快速加工金屬等熔點較高的材料并生成工藝復雜的零件而備受關(guān)注。但是由于工藝技術(shù)的限制，SLM在加工金屬材料時仍存在球化、變形等許多缺陷，而僅僅通過實驗的方法探索需要消耗大量的財力、人力，因此數(shù)值模擬方法受到越來越多的關(guān)注。通過數(shù)值模擬的方法研

2、究SLM過程中溫度場和熔池尺寸的變化規(guī)律可以預測工藝參數(shù)以及材料性能等因素對溫度場和熔池尺寸的影響，降低實驗次數(shù)，減小成本，為實驗操作提供理論依據(jù)。
　　本文針對TiAl6V4材料，建立了包含移動熱源的能量守恒方程，其中材料的熱物性參數(shù)隨時間呈現(xiàn)非線性變化，且在不同的溫度區(qū)域內(nèi)動態(tài)變化。通過建立有限元模型，采用有限元方法求解SLM過程的溫度場，獲得了溫度場和熔池的變化規(guī)律，并通過前人的實驗和數(shù)值模擬工作驗證了本文中的模型和實驗方法

3、的正確性。文中詳細討論了線性能量密度（Laser Energy Density, LED）、掃描路徑長度、掃描路徑間距、相鄰路徑的時間間隔、是否使用基板對溫度場和熔池尺寸的影響，并且深入研究了掃描過程中各個點的溫度變化規(guī)律和最高溫度隨時間的變化歷程，并且對比了模擬過程中是否考慮材料的體積皺縮對結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明，增加激光功率或者降低掃描速度都可以增加LED的值，從而提高溫度場中的溫度和增加熔池尺寸，但是激光功率比掃描速度對結(jié)果的影