SLM气氛循环系统风场仿真优化及打印试验对比

吹风系统是金属激光选区熔化成形设备中不可或缺的重要部件,吹风系统风场性能是影响打印成形件质量的关键因素之一。基于SolidWorks Flow Simulation对金属激光选区熔化成形设备吹风系统的流道及风场进行模拟仿真,依据仿真结果对吹、吸风流道进行结构优化。经过仿真计算及优化,极大地降低了打印范围内风场风速分布差,并通过试验验证了优化方案的有效性。采用优化后的吹风系统方案成形的试件的致密度相比原有设备成形试件的致密度有了极大的提高。     

选区激光熔化金属三维打印设备的风场仿真与优化

为了减少选区激光熔化金属三维打印过程中飞溅物的残留,提高成型工件的质量,运用Flow Simulation软件对某款选区激光熔化金属三维打印设备打印腔体内的风场进行模拟仿真,并采用粒子示踪法对飞溅物进行追踪,进而对风场状态进行评估,根据仿真结果对风场结构进行优化.结果表明,风场结构优化后打印腔体内烧结区域的风场均匀性得...     

基于RSM的激光增材制造316L不锈钢尺寸精度研究

为了实现选区激光熔化成形精度工艺参数的优化,采用响应面法对选区激光熔化316L不锈钢的成形尺寸精度进行研究。结果表明,响应面模型的预测值与试验值具有良好的相关性,激光功率和扫描速度对尺寸精度具有显著的影响,且随着激光功率的增大和扫描速度的减小其成形的尺寸绝对误差越大,对选区激光熔化成形尺寸精度的控制具有重要意义。     

大型金属构件激光选区熔化成形设备设计

激光选区熔化成形技术发展迅速,用于大尺寸复杂金属构件整体成形的激光选区熔化成形设备的需求增加,其结构形式的选择需要结合大尺寸零件及成形基板的装卸以及激光选区熔化成形技术的工艺特性综合考虑。阐述了一种大型金属构件激光选区熔化成形设备的设计思路,提出了该设备的结构方案,叙述了该设备结构的各功能部件组成及设计要点。     

选区激光熔化工艺参数对燃料电池316L不锈钢双极板性能的影响

316L不锈钢材料具有耐蚀性好、成形性好、成本低等优点,在燃料电池金属双极板领域有着良好的应用前景.基于传统等材、减材加工方法难以成形复杂结构燃料电池双极板的瓶颈,使用选区激光熔化技术可实现复杂结构316L不锈钢双极板的成形制造.针对燃料电池不锈钢金属双极板的应用背景,系统研究了不同激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度)对所成形316L不锈钢材料微观组织及双极板所需耐蚀性和表面接触电阻的影响,并对比了传统锻造316L不锈钢与选区激光熔化316L不锈钢在显微组织和性能上的差异.结果 表明,选区激光熔化成形316L不锈钢的致密度随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度的增大而减少,并在激光功率为300W,扫描速度为1500～2000 mm/s时达到最大值.相比于具有等轴晶特征的锻造不锈钢试样,选区激光熔化成形不锈钢试样柱状晶组织有利于降低晶界对电流的阻碍作用,从而降低了表面接触电阻;同时,随着样品表面粗糙度的提高,选区激光熔化成形不锈钢试样的表面接触电阻降低.致密度高的选区激光熔化成形不锈钢试样的耐蚀性优于锻造成形不锈钢试样,且随着致密度的减小,选区激光熔化成形试样的耐蚀性逐渐降低.本研究结果表明选区激光熔化成形316L不锈钢材料可用于燃料电池金属双极板.     

基于激光选区熔化的免组装机构直接制造技术

采用数字化设计和组装并直接制造成形、无需实际组装工序的机构,称之为免组装机构。激光选区熔化能够直接制造冶金结合、组织致密、尺寸精度高和良好力学性能的功能零件,是直接制造免组装机构的理想技术。研究了激光选区熔化成形免组装机构的摆放方式、间隙特征的尺寸精度和表面粗糙度、间隙特征结构优化等关键技术。通过自由设计和DiMetal-100系列激光选区熔化成形设备成形了免组装的铜钱算盘和折叠算盘、平面连杆机构(曲柄滑块、曲柄摇杆、摇杆滑块)和万向节等免组装机构。研究证明,激光选区熔化不仅能够顺利成形形状很复杂的零件,也能够直接成形具有相对运动的免组装机构,为机电产品的数字化设计和一体化制造提供了一种可行的方法。     

多激光束选区熔化成形技术研究

多激光束选区熔化技术可以改善单激光束选区熔化成形过程中产生的球化、翘曲变形及裂纹等缺陷。研究了多激光束选区熔化成形系统中涉及的多个关键系统,包括铺粉与送粉系统、双激光光路系统、控制系统及分层切片数据处理软件系统等,并进行大量设备验证性工艺试验研究,成功研发出多激光束选区熔化成形设备,并成形出性能优异的复杂精密金属构件。     

高能束增材制造钛铝合金的研究进展

选区激光熔化和电子束选区熔化增材制造是较理想的先进高能束增材制造技术.选区激光熔化和电子束选区熔化制备钛铝合金的组织细小,力学性能明显优于铸造合金的,成形后通过合理的热处理工艺,合金能获得良好的高温抗蠕变性能和延展性.高能束增材制造技术很好地解决了传统钛铝合金构件成形问题.综述了钛铝预合金粉末的制备工艺、选区激光熔化和...     

基于Matlab GUI框架下激光选区熔化成形铺粉质量检测系统研究

在激光选区熔化成形设备铺粉过程中,存在刮刀条纹、刮刀撞击、铺粉不完全、超高角和碎屑5种铺粉缺陷。为了实现激光选区熔化成形铺粉质量的在线和离线检测,基于Matlab GUI软件设计了一个激光选区熔化成形铺粉质量检测系统。利用Matlab图像捕获工具箱实现图像的实时采集,或将已采集的铺粉图像进行单张或批量质量检测,提取铺粉缺陷特征并显示结果、缺陷位置和运行时间;铺粉质量检测结果可保存为.txt文件,方便操作人员对激光选区熔化零件成形质量分析。系统对人工智能在灰度粉末铺层表面的均匀性进行了有益的探索,利用计算机图像识别技术代替人眼,判断激光选区熔化成形铺粉表面缺陷,为激光选区熔化成形铺粉质量分析提供了一个强有力的工具。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

激光选区熔化单道扫描与搭接数值模拟及试验

激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)单道扫描的数值模拟,在数值建模时多采用规则实体模拟铺设的粉末层,通过等效定义材料热物理属性模拟铺设粉末层中粉末与气体共存的情况,难以模拟粉末颗粒的随机性而带来的扫描结果的随机性,且难以分析熔池形貌、内部缺陷的微观衍变过程。针对SLM成形过程中激光功率和单道搭接率对扫描单道和单道搭接质量的影响,以316L不锈钢材料为例,建立SLM首层单道扫描与单道搭接数值模拟模型。SLM的铺粉过程在基于离散单元法的EDEM中建立,并得到数值化的粉床几何模型。SLM的单道扫描与搭接的模拟基于有限体积法,在FLUENT中实现,采用两相流模型与熔化/凝固模型捕捉熔池形貌变化过程,得到不同激光功率和扫描搭接率下成形单道与单道搭接的数值模型。最后结合试验表明了在100～300 W激光功率下成形单道表面形貌与缺陷的形成,当激光功率为100～150 W时,单道形貌不规则,且容易形成局部缺陷;在200～300W功率下,激光功率越大,保证搭接质量的最低搭接率越小,当激光功率为250 W时,应保证单道填充间距不大于0.1 mm。研究成果对SLM工艺参数...     

涡流管制冷分析

对涡流管制冷本质并进行相关的试验研究,进行理论分析,以及对四流道喷嘴涡流管的速度和温度分布进行数值模拟,结果表明:涡流管内实际流场由轴向,径向和漩涡运动组成,其流动形态在轴向上为阿基米德螺线,在横截面上为强制涡—自由涡的模型;管内流体能量的分离主要发生在涡流室区域附近,且气体从喷嘴出来后有少量直接进入冷端孔与冷气流混合,从而影响涡流管制冷效率。     

基于Workbench的高压圆盘气体轴承三维流场分析

为了取得高压圆盘气体轴承的完整三维流场,基于Workbench仿真软件对高压圆盘气体轴承进行三维建模仿真,得到整个流道及圆盘缝隙射流区的流场参数分布;将三维模型的气膜对称面与轴承圆盘、稳流管的轴对称面相交,截得气膜对称线;分析气膜对称线上的流场参数分布,并将其与二维简化模型流场计算结果进行对比,同时验证2种建模分析方法的有效性。结果表明：2种建模分析方法得到的气膜内马赫数和静压分布的变化规律一致,即在绝大部分气膜区域能保持高压,仅在气膜出口处很窄的范围内压力快速下降,同时在气膜出口附近形成超音速圆盘缝隙射流,使上游气膜内高压不受下游环境低压的影响;不同湍流强度对高压圆盘气体轴承内流场的静压无明显影响,但对缝隙射流区及气流远场区域的马赫数有着小幅影响。     

基于双流体模型的粉末压制过程气体流动特性仿真研究

利用实验方法很难获得粉体内部气流轨迹和压力分布的详细信息,因此仿真技术是研究粉末压制的重要手段之一.针对粉体床内部在压制过程中的气体流场变化,采用基于双流体模型的二维多相流CFD软件Fluent对粉体床内的气流进行模拟.通过研究压制过程中初期、中期和末期3个时间点的气体体积分布和速度分布,发现压制速度是粉末压制非常重要...     

3D打印燃气轮机天然气喷嘴的流场仿真分析

开展3D打印天然气喷嘴流场仿真研究,为小型化燃气轮机控制技术的提升奠定基础.利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行3D打印天然气喷嘴模型建模和网格划分,基于FLUENT仿真完成不同压力工况下稳态天然气喷射流场的数值模拟计算.在天然气喷嘴外流场中形成的几何回流区会随着供气压强的增大而消失,中心回流...     

基于Isight平台的房车空调送风参数优化

为了提高房车空调夏季降温效果，对房车空调的送风温度、速度、角度进行优化研究。利用CFD方法对房车内流场进行数值模拟。应用k-e RNG湍流模型，合理的设置热力学边界条件，并引入太阳辐射模型。以Isight软件为优化平台集成Fluent软件搭建房车夏季降温多目标优化设计流程。通过最优拉丁超立方试验设计方法设计样本点，采用径向基函数神经网络建立近似模型，并结合NCGA遗传算法对不同送风参数进行多目标优化。在Pareto最优解集中选取最优折衷解，并通过CFD仿真和房车静态温度实验对比验证。结果表明：建立的近似模型能很好取代内流场仿真进行多目标优化，优化后的结果使房车内部能够获得更好的气流组织形式，温度场、速度场更加合理。     

ANSYS在激光熔覆成形温度场数值模拟中的应用

基于ANSYS的激光熔覆成形温度场数值模拟可以真实再现熔覆工艺全过程,为优化工艺参数和预测成形缺陷提供可靠的理论依据。本文系统总结了ANSYS在熔覆成形温度场数值模拟中的应用;深入分析了有限元模型的建立、网格划分、热源形式及动态实现、熔池对流、材料动态增长描述等关键问题的处理方法;指出了ANSYS在熔覆成形温度场数值模拟领域应用中存在的问题,并在此基础上提出了今后的发展方向。     

基于选区激光熔化温度场数值模拟的支撑结构优化

添加支撑结构在选区激光熔化中必不可少,零件的悬垂特征需要添加支撑结构,起到固定零件和散热的作用,若悬垂特征热量积聚过大,会导致翘曲变形、塌陷、残余热应力等缺陷。研究了支撑结构对选区激光熔化温度场的影响,并设计优化了一种具有良好综合导热性的支撑结构。首先建立选区激光熔化三维有限元模型;然后研究传统支撑结构对温度场的影响;最后基于数值模拟结果对支撑结构进行设计优化,并通过有限元分析和制造实验进行验证。实验结果表明,与传统的支撑结构相比,由新支撑结构支撑的薄板顶部烧结层平均节点温度最低、温差较小,可表现出良好的综合导热性,且薄板翘曲变形程度显著降低。     

聚合物气体辅助挤出中气体流动对熔体截面的影响

将聚合物熔体和低速热空气均视作不可压流体,针对一聚苯乙烯（PS）片材的全气体辅助挤出,建立了描述其气体-熔体两相分层流动的三维有限元模型,采用黏弹应力分离法（EVSS）和非协调流线迎风法（SU）等有限元方法,利用PolyFlow求解器对气体辅助流道中气体和熔体流动进行了计算,分析了熔体截面变化的规律及原因。研究结果表明：气体辅助流道内,气体对熔体有拖曳作用;沿挤出方向,熔体速度逐渐增大,而截面积逐渐减小,都在口模出口面上达到极值,同时截面形状有微小改变;口模出口面上熔体沿挤出方向的速度随入口气体体积流率的增大而近似线性增大,熔体截面积则近似线性减小。