多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测
【摘要】：多组元金属粉末的直接选区激光烧结(DMLS,Direct Metal Laser Sintering)是一种利用激光将多种金属粉末混合材料直接烧结成型金属零部件的快速原型制造技术,由于其能直接成型金属零部件而成为快速制造的一个重要发展方向。与非金属粉末烧结相比,DMLS更难成型、更易发生变形,受材料特性、温度分布、温度变化与应力影响较大,探索其影响规律成为当前DMLS研究的热点之一。DMLS是一种热能传播主导的净成型方式,热量在粉床中的动态传播过程在粉末致密化成型过程中起了关键作用。DMLS的温度场、密度场和热应力场分布具有强瞬态、大梯度的特征,很难直接用实验方法准确地测定粉床中瞬时温度场、密度场、应力场分布规律,采用以试验为基础的方法确定其工艺参数又需耗费大量的人力、物力、财力,越来越多的研究人员致力于采用数值分析方法研究DMLS成型过程规律。利用数值模拟研究DMLS成型过程的动态温度场、密度场、热应力场的变化规律,可用于分析各种材料和工艺参数对温度场、应力和应变场的作用规律,预测给定参数下的烧结区域,以合理控制加工工艺,从而减少实验次数、降低实验成本、避免球化等现象的发生、提高烧结成型件性能,具有重要的理论意义和工程实用价值。
本文重点研究了粉床从粉体到近实体转变过程中,不同区域导热系数等材料性质的非线性动态变化规律;分析了DMLS过程的瞬态三维温度场、密度场变化规律,以及应力场分布特征,并采用间接方法对温度场模拟结果进行了验证;采用有限元方法和神经网络方法对烧结宽度、烧结深度进行了预测。论文的主要研究内容和特色如下:
1、提出了金属粉末导热系数在粉体-实体连续转化过程的动态非线性变化
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