316L間接選區(qū)激光燒結(jié)的數(shù)值模擬與參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、間接選區(qū)激光燒結(jié)是選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)（SelectiveLaserSintering，簡稱SLS）的重要發(fā)展方向，因其工藝比較簡便，具有成形精度高、表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械、汽車、航天航空及軍工制造業(yè)中應(yīng)用前景廣闊，日益成為快速成形技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前國內(nèi)外對間接SLS技術(shù)的研究多集中在雙組元金屬粉末及陶瓷覆膜材料上，對金屬與聚合物混合粉末間接SLS工藝的研究還非常少。本文對316L間接SLS工藝進(jìn)行了研究，目的在于對其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)

2、化，以提高燒結(jié)質(zhì)量。不同于以往主要通過實物實驗來確定及優(yōu)化SLS工藝參數(shù)，本課題采用數(shù)值模擬技術(shù)和正交試驗方法相結(jié)合的方案，實現(xiàn)了對間接SLS工藝參數(shù)的合理優(yōu)化。本文的主要研究工作如下:
　　 首先，在大量歸納、總結(jié)傳統(tǒng)燒結(jié)機(jī)理的基礎(chǔ)上，對照間接SLS技術(shù)的原理與特點(diǎn)，得出間接SLS屬于液相燒結(jié)機(jī)制的結(jié)論;并對比燒結(jié)成形件的SEM圖像，分析了間接SLS液相燒結(jié)機(jī)理的過程與特征。其次，基于ANSYS平臺綜合考慮了熱對流、熱輻射、非

3、線性的熱物性參數(shù)與相變潛熱等諸多因素的影響，建立了間接SLS有限元模型。利用APDL語言編程技術(shù)實現(xiàn)了激光高斯熱源的移動加載;采用ANSYS“生死單元”技術(shù)實現(xiàn)了多層燒結(jié)。對多道和多層燒結(jié)的溫度場進(jìn)行了詳實的分析，當(dāng)溫度場達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，粉床溫度基本維持在373K，高于聚合物材料環(huán)氧樹脂E-12的軟化點(diǎn)范圍，液相燒結(jié)會順利進(jìn)行。再次，在溫度場模擬的基礎(chǔ)上，利用間接單向耦合法對多道燒結(jié)的耦合熱應(yīng)力場進(jìn)行了分析，研究了間接SLS的翹曲變形規(guī)

4、律。將熱應(yīng)力場模擬得出的燒結(jié)件翹曲變形云圖與實物燒結(jié)實驗的變形圖片對比，發(fā)現(xiàn)兩者的變形趨勢基本一致，從而驗證了上述數(shù)值模擬方案的正確性。最后，利用上述研究成果的結(jié)論，設(shè)計了基于正交試驗方法的間接SLS數(shù)值模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化方案。以燒結(jié)件的翹曲變形量為考核指標(biāo)，優(yōu)化后的316L間接SLS工藝參數(shù)為:激光功率12W，掃描間距0.1mm，掃描速度2100mm/s，鋪粉層厚0.1mm，預(yù)熱溫度358K。此方案可以用來對實物燒結(jié)實驗的工藝參數(shù)進(jìn)行