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选择性激光烧结的三维有限元模拟

白云飞  
【摘要】:选择性激光烧结是使用激光来烧结粉末材料加工实体零件的快速成型技术。这种加工方法缩短了设计和制造产品的周期,因而减少了开发费用和提高了新产品的竞争力。选择性烧结加工是利用激光扫描粉床熔融粉末来形成烧结层的热作用过程。每烧结完一层,加工缸就下降,供粉缸上升,重新铺粉后继续烧结,最后,形成了整个零件。 这种层层叠加的制造技术会影响零件的表面光洁度和尺寸精度。烧结加工过程中由于热作用和相变不可避免的伴随着材料的收缩。其中热作用过程是主要因素。成形过程中温度场是复杂多变的,这样的温度场会引起应力场而使得零件发生变形。对于这种现象,大多的研究停留在实验阶段通过线性补偿的方法来减少误差。但没有从根本上解决问题。 为了解决上述问题,有限元仿真的方法被提了出来。ANSYS是一种功能强大的有限元分析软件,在许多领域都有着广泛的应用。ANSYS可以高度逼近非线性瞬态热分析问题,并且有处理相变的能力。利用ANSYS,模拟得到SLS的温度场,应力场,目的是通过ANSYS模拟SLS过程,得到制件的变形量,然后,通过改进扫描轨迹来提高制件的精度。 为了实现上面的目的,需要使用参数化设计语言对热移动载荷,时间步,生死单元来编程实现。本文分析了用ANSYS模拟的一些关键问题,比如模型建立和网格划分,激光加热热流的处理和加载,生死单元和边界条件的处理等。 通过模拟,得到了烧结件的温度变化趋势和变形情况,得到的结论对提高制件精度有指导意义,为扩大选择性激光加工技术的应用范围提供了有益的指导,促进了有限元理论的应用。


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