直接金属激光烧结成形的机理及实验研究

探讨了直接金属激光烧结成形机理，分析了烧结参数与激光输入能量之间关系。在室温惰性气体环境下，进行了不同匹配参数下314不锈钢金属粉末的直接激光烧结成形实验，测试了成形件的微观组织结构和机械性能，研究了工艺参数与直接金属激光烧结成形件的微观组织结构及宏观机械性能的关系。为制定合理的激光烧结工艺参数提供了依据。     

尼龙6选区激光烧结温度场的数值模拟

采用ANSYS软件对尼龙6粉末材料激光烧结过程温度场进行了三维数值模拟,计算模型中,考虑了材料热物性随温度变化的非线性特征,采用更接近实际的高斯热源模型,并利用APDL参数化设计语言实现热源的移动控制,用焓处理相变潜热的影响。模拟结果显示,烧结点的温度随着扫描线的增加,先逐渐升高后趋于稳定,烧结点最高温度滞后于光斑中心到达该位置时刻,烧结区域边界最高温度小于内部的最高温度。最后进行了试验验证,与试验结果较吻合。     

钛合金激光直接成形过程中热力耦合场的数值模拟

为控制成形过程的热应力,根据有限元法中的生死单元技术,利用ANSYS参数化设计语言编程实现对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场和应力场的数值模拟,并对熔池与粉末、激光与粉末的相互作用进行能量补偿,更加准确地计算成形过程中温度场和应力场的动态变化,得到成形过程中模型温度场、温度梯度、热应力场和残余应力的分布规律.结果表明,成形件不同层上的各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,熔池区的温度梯度非常大,但其他方向不明显;瞬态热应力集中在温度梯度变化较大的区域,这与热应力形成的机理是一致的;通过对成形件中各方向的残余应力分析,从温度梯度的角度总结各方向残余应力变化规律,侧面验证残余应力的形成机理.通过相同工艺参数下的试验验证,证明上述分析与实际情况是基本吻合的.     

基于金属粉末激光烧结技术的研究进展

随着快速成形(RP)技术的进步,使用直接金属激光烧结(DMLS)技术加工金属粉末得到广泛关注。针对DMLS技术快速制造的特点,研究讨论了表面张力、粉末颗粒大小及分布、辅助材料的添加等粉末特征以及激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度、扫描策略等工艺参数对烧结质量的影响,并对DMLS技术的发展方向作了简要分析。     

镍合金激光直接烧结成形制件显微结构及微观缺陷

利用自行研制的激光直接烧结快速成形系统进行了镍合金激光直接烧结成形试验，获得了具有复杂三维形状的镍合金样件；讨论了激光直接照射下镍合金材料的熔凝过程及微观结构特征。研究表明，烧结过程为不完全液相烧结。金属材料系统中添加铜可有效地抑制球化效应，改善制件内部存在的微观缺陷；制件内部单一层面微观组织呈枝晶和等轴晶两种组织不均匀分布，此两种组织形态沿制件堆积方向交替重复出现。     

基于材料性质转换的金属粉末直接选区激光烧结温度场数值模拟

基于MSC.Marc非线性有限元分析软件,建立金属粉末直接选区激光烧结过程的温度场有限元分析模型。模型中考虑了粉体—实体转化过程中热导率等物理性质随温度的非线性变化规律。对于表面对流和辐射散热条件,采用修正系数的方法,考虑激光冲击加热作用引起的极大温度梯度的影响。同时还采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质,以考虑激光烧结过程中的局部热源输入作用。对采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质的方法和不采用此方法进行模拟对比研究,结果表明：前者在烧结开始时在光斑中心附近具有极大的温度梯度,这与试验结果一致;前者热传播的主要范围集中在已烧结区域,而后者热传播的范围则是整个粉床;前者进入稳态烧结后光斑中心温度变化趋于平缓,而后者的光斑中心温度一直持续上升。这主要是由于已烧结部分的材料热导率比未烧结部分的粉末高约100倍造成的。     

激光直接烧结成形多层金属薄壁件的温度场有限元模拟

为掌握多层粉末烧结过程中激光熔池的加热冷却规律以及各烧结层之间的相互影响,综合考虑热传导、热辐射和热对流以及材料的高度非线性,基于ANSYS平台建立了多层金属薄壁件的三维温度场有限元模型,利用APDL语言编程实现模拟中激光热源的移动,采用"单元生死"技术描述粉末材料动态增长过程。模拟结果表明:在现有工艺参数下,烧结获得的熔深在0.15mm以上,熔宽在0.61mm左右,烧结成形件与基体以及层层之间搭接牢固;成形件中,与x方向的热梯度相比,z方向热梯度占绝对优势,这说明成形件在冷却过程中热量的散失以堆积方向为主。将模拟结果与实验结果进行了对比,实验结果较好地验证了模拟结果。     

尼龙粉末激光烧结的数值模拟与实验分析

激光选区烧结热传导对成型物有着直接影响。基于点热源热传导理论,建立了尼龙粉末材料的激光高斯热源热传导方程,通过理论和实验分析,得到了尼龙粉末（PA6）材料的有效热传导系数和密度比热系数,为后续工艺优化提供了理论基础。     

粉末薄层选区激光烧结温度场数值模拟与实验研究

单层粉末的激光烧结温度场对三维结构熔结成型有着直接影响。通过对工程塑料粉末选区激光烧结过程能量作用形式的分析,构建了粉体与金属基板界面接触热阻的导热模型和扫描烧结的移动热源模型;利用有限元法对功率为10～25W,光斑直径为0.24mm的激光逐行扫描烧结过程的温度场进行了数值模拟;通过温度场分布模拟和激光烧结实验得到了单层厚度为0.5mm的PA6粉末行扫描间距的优化区间为0.3～0.4mm,获得了熔结质量较好、厚度均匀的平板形烧结物,为进一步优化工艺参数提供了基础。     

覆膜陶瓷粉末激光烧结成形技术试验研究

介绍覆膜陶瓷粉末激光烧结成形技术的基本原理。利用变长线激光烧结快速成形机对覆膜陶瓷粉末进行了烧结成形试验,研究了激光功率、扫描速度、预热温度、激光线束长度等工艺参数对烧结成形性能的影响。     

金属粉末激光烧结温度场的三维有限元模拟

综合考虑热传导、热辐射和热对流及变热物性参数,基于ANSYS平台建立了连续移动的三维瞬态金属粉末直接激光烧结温度场的有限元模型;利用APDL参数化设计语言实现热源移动,利用焓处理相变潜热的影响,对水雾化铁粉的烧结成型温度场进行了模拟,系统分析了激光熔池的加热和冷却规律及温度场随时间的变化规律。模拟结果表明:随着时间的增加,由于热积累效应使得激光熔池的温度越来越高;彗星状温度云图的最高温度并不在激光光斑中心而是稍微滞后;模拟结果显示烧结过程中将产生液相,这与先前的实验结果吻合较好。     

选区激光烧结的不均匀温度场对成形过程的影响分析

选区激光烧结过程中,不均匀温度场引起的应力和变形是制约成型质量,影响成型精度的重要因素。通过有限元仿真,分析了不同扫描方式和预热保温温度情况下激光烧结的温度场,同时结合实验对不同扫描方式和预热保温温度下的应力和变形做出分析和计算。仿真和实验表明,预热保温能够有效减小烧结物的热应力,同时采用长短线交叉的扫描方式得到的烧结物应力和变形最小。     

烧结机台车体温度场及热应力数值模拟

针对某厂烧结台车主梁失效的问题,借助ANSYS有限元软件,采用间接热力耦合的方法,建立了台车主梁数学模型。根据热传导理论与热弹性理论,模拟其在工作状态下各部位的温度、热应力变化过程。结果表明,烧结台车主梁最高温度区域随烧结时间变化,在烧结开始至600 s左右最大值出现在梁的中心位置,在600s后最高温度区域出现在梁的侧边,台车主梁最高温度达到279℃;热应力极值点一般出现在距中心面最远的位置,最大热应力达到27.6 MPa。通过与测试值的对比验证了仿真结果的可靠性,表明采用有限元方法模拟台车体温度及应力场的变化过程是有效的。     

316不锈钢粉末直接激光烧结的球化效应

采用直接金属激光烧结的方法,对316不锈钢粉末进行了一系列激光烧结实验。实验发现,由于液相粘度较高、表面张力大以及熔体材料不浸润固相颗粒和基板等因素的影响,导致烧结过程中出现球化现象。球化的出现,一方面导致形成球形的液滴表面和不连续的烧结线,妨碍下一粉末层的铺放,不利于烧结的顺利进行,严重时还将会导致无法烧结成形;另一方面也使得烧结层留有大量孔隙,强度很低,成形质量不高。分析了316不锈钢粉末球化效应产生的原因,讨论了工艺参数对316不锈钢金属粉末烧结成形的影响。     

铜基金属粉末直接激光烧结工艺及成形件显微组织研究

对多组分铜基金属粉末(组分包括Cu、Cu-10Sn、Cu-8.4P)进行了直接激光烧结实验。优化激光功率和扫描速率,以实现粉末部分熔化状态下的液相烧结,其中Cu作为结构金属,Cu-10Sn作为粘结金属,而P元素则作为脱氧剂。激光烧结直接成形了尺寸为210mm×70mm×9mm的复杂形状铜基金属零件,在零件底部设置了预烧结层,以保证良好的激光烧结过程及成形精度。烧结致密度达理论密度的94.7%,而最大尺寸误差仅为0.78%。     

激光能量密度对金属粉末直接激光烧结球化的影响

在金属粉末直接激光烧结成形时,球化效应是一个非常不利的因素。此次采用球化效应较为明显的316L不锈钢粉末进行烧结实验,分析了球化效应产生的原因,对实验中产生的规律性现象进行了解释,并着重讨论了工艺参数中的扫描速率对表面球化的影响。实验表明,当扫描速率使得激光能量密度达到合适值时,可明显降低球化效应产生的程度。