基于焦耳热的滑压式增材制造方法温度场数值模拟与实验

提出了一种针对小型金属零部件的低成本、高精度的焦耳热金属熔丝增材制造技术。在此过程中,系统温度场和热历史对于实验分析具有重要意义。本研究主要利用有限元仿真软件建立三维焦耳热金属熔丝增材制造的热-电-结构耦合有限元模型,分析了制造过程中温度场变化规律以及丝材内部和基板的温度分布和等温面形状。结果表明：焦耳热在丝材与滚轮之间产生,丝材内部在0.1 s内升温至2700 ℃,滚轮移动后,最大温度位置随着滚轮的移动而移动,丝材内部温度梯度呈拱形,基板温度梯度呈半椭球形。模拟结果的截面熔核区域与实验截面熔核区域吻合较好。因此,所建立的有限元模型能够较准确地模拟焦耳热熔丝增材制造过程温度场,对实验机理的研究和后期的进一步加工有着重要指导意义。     

激光熔覆同路送丝光路结构设计及分析

根据同路送丝激光熔覆技术的特点，分别对环形光束方案、一分三光束方案和一分四光束方案进行分析。对比不同设计方案优劣，并对光路汇聚效果进行有限元分析。结果表明，采用抛物面镜面和平面镜面时，环形光束方案和一分三光束方案对光束的汇聚效果均强于一分四光束方案；对于焦点位置的能量，采用抛物面镜面强于平面镜方案。一分四光束方案由于对激光束的汇聚效果较差且结构复杂，不符合实际应用需求；环形光束方案对激光束的汇聚效果和焦点能量与一分三光束方案相差不大；但一分三光束方案可在避免光丝干涉的同时使送丝路径布局更加合理，稳定送丝过程。综上，一分三抛物面方案为同路送丝激光熔覆头光路设计的最佳方案。