激光直接烧结FGH95合金温度场的有限元模拟

综合考虑了随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用.基于ANSYS平台建立了连续移动的三维瞬态多道直接激光金属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,对镍基合金粉末的烧结成型温度场进行了模拟,系统分析了熔池的加热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;随着烧结过程的进行,随后的烧结道具有越来越大的热影响区域,但烧结的宽度和深度没有太大的变化.     

金属粉末的直接选区激光烧结温度场数值模拟

金属粉末的直接选区激光烧结(DMLS)过程中存在着相变潜热,在考虑相变潜热的作用下,基于金属粉末烧结成形建立了一种三维的瞬态有限元模型,该模型还考虑了随温度变化而变化的热传导、自然对流和辐射的影响。采用ANSYS参数化设计语言处理移动热源,用焓处理相变潜热的影响。以25号钢粉末为烧结材料进行了数值模拟,模拟结果表明：激光烧结过程中,在光斑中心的前端存在着极大的温度梯度;光斑中心的温度高于金属粉末的熔点,烧结过程中存在液相。     

铜基金属粉末选区激光烧结的工艺研究

优化工艺参数（激光功率275～1125W，扫描速率0．04～0．06m／s，扫描间距0．15～0．30mm），对多组份铜基金属粉末（组份包括纯Cu，预合金CuSn和预合金CuP）进行了选区激光烧结（SLS）实验，其成形机制为粉末部分熔化状态下的液相烧结机制。在保证适宜的成形机制的前提下，研究了激光功率、扫描速率、扫描间距、铺粉厚度等工艺参数对烧结组织及性能的影响。结果表明，适当增加激光功率或减小扫描速率能改善烧结致密度及组织连续性。减小扫描间距致使烧结线从断续分布连续转变为较为平整的结合状态，组织致密性及均匀性显著提高。减小铺粉厚度有利于改善层问结合性；但最小铺粉厚度需适当选择，否则会因凝固收缩效应及铺粉不均匀性而降低烧结致密度。     

激光选区烧结工艺中的金属粉末材料

通过介绍激光选区烧结工艺中的主要金属粉末材料,指出了该工艺对金属粉末材料的要求及选择和设计原则,明确了金属粉末材料应在成形精度、成形速度、成形件强度及成本等方面与工艺相匹配,并提出了适合金属件直接快速制造的金属粉末材料的发展和改进方向。     

激光烧结陶瓷温度场的数值模拟

根据热传导理论，推导出了激光烧结陶瓷过程中的热传导方程;并采用数值模拟的方法，编写了基于有限差分法的计算机程序。在此基础上，分别模拟计算了在各种不同的烧结工艺条件下，CO2激光辐照Al2O3陶瓷的温度场,结果表明,采用激光辐照的办法烧结陶瓷可以使陶瓷在短时间内达到很高的温度。此外，还计算了烧结过程中材料的温度随空间的变化曲线,结果表明,平行于激光辐照方向的温度梯度大小不随烧结时间变化而只与激光功率有关，激光功率越大温度梯度越大。研究还发现：垂直激光辐照方向的温度梯度的大小取决于激光束的功率密度分布和光斑大小。     

CO2激光选区烧结铁粉制造微型金属零件的研究

使用激光进行微成形的方法有多种 ,本文介绍了通过激光选区烧结技术 (SLS)来进行激光微成形的试验。通过大量的工艺试验和对激光选区烧结微成形过程中影响因素的系统分析 ,探讨了激光选区烧结微成形的工艺参数对激光扫描金属粉末的烧结线宽和烧结深度的影响 ,并最终成形了米粒大小的金属实体。     

选区激光烧结单组份金属粉末试验研究

选区激光烧结由于可以不受材料的限制,可以快速烧结出任意复杂的三维实体,被认为是最具发展前景的快速制造技术.用激光直接烧结金属粉末成形已成为目前研究的重点.本文用YAG激光对铝粉、铁粉、铅粉进行了对比烧结试验,同样条件下,不同的金属粉末激光烧结的结果不同,铝粉烧结球化现象严重,铅粉烧结伴有飞溅严重,铁粉烧结随着扫描速度的增加,烧结由连续金属线逐渐成为断续的以至球形金属颗粒.最后分析了激光烧结球化的机理.     

选择性激光烧结聚苯乙烯粉末成形温度场的数值模拟研究

本文以聚苯乙烯材料为例，对SLS成形三维瞬态温度场的分布变化进行数值模拟计算。计算模型中，考虑了材料的热物性参数随温度变化的情况和激光光强分布不均匀的因素。计算结果表明：烧结过程可以分为两个阶段：第一阶段是光照期的热量输入加热阶段，在该阶段内，光照表面的温度迅速升高，使材料处于过热状态，甚至超过材料的分解点，这一阶段完成粉末表面的致密化，但粉床内部的致密效果不是特别明显；第二阶段是光照结束之后的热量传输阶段，在该阶段内，表面材料吸收的热量向四周扩散，一部分通过对流和辐射换热方式散失到周围环境中，另一部分通过热传导的方式向粉床内部传输，促进粉床内部的烧结，这一阶段粉床内部的致密程度显著提高。     

同轴送粉激光成形中粉末与激光的相互作用

详细介绍了同轴送粉激光成形过程中，金属粉末与激光束相互作用时间的计算方法。在ANSYS软件平台上，建立了金属粉末穿越激光束过程中粉末温度场的计算模型。系统计算了不同颗粒大小316L不锈钢粉末与不同功率激光束相互作用后的温度。在此基础上，计算了金属粉末与激光束的能量交换及金属粉末落入激光熔池后与激光熔池的能量交换。计算结果表明，在激光束直径为3mm条件下，316L不锈钢粉末穿过功率大于1000W的激光束后，所有尺寸金属粉末均被熔化，即金属粉末以液态进入激光熔池。通过金属粉末与激光束及激光熔池的能量交换计算，可知在激光成形中，约有5％的激光能量用于加热和熔化粉末，而大约95％的激光能量用于激光熔池的形成及由于热传导造成的热量损失。     

激光烧结Si／Fe混合粉末材料的温度场有限元模拟

利用ANSYS工具建立了选择性激光烧结热电功能材料β-FeSi2的三维瞬态温度场有限元模型,模型中考虑了混合材料热物性参数随温度与孔隙率的变化和材料相变过程对温度场的影响。系统分析了选择性激光烧结二元粉末内部温度场随时间和空间的变化规律,通过该有限元模型可以分析二元粉末激光烧结过程中激光热能在粉床内部的传输规律。模拟结果表明,随烧结深度增加,粉床内部温度和温度梯度迅速衰减,粉床内部温度场在深度方向呈漏斗状梯度分布,粉层内部热影响区域最深的位置滞后于激光束中心。在已烧结区域,粉层内部存在一个均匀分布的高温体积区间。对此粉层区域温度的研究将为实验中控制烧结材料相变过程与性能提供依据。     

直接金属选区激光烧结热应力场有限元模拟

在考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用下,建立了直接金属多道烧结的三维有限元分析模型。采用先进行温度场分析、再进行应力场分析的间接热力耦合策略。模拟结果显示,随着烧结过程的进行,由于已烧结部分的影响,最大热应力有减小的趋势;在扫描烧结道的前方有比后方更大的应力分布,这与实验结果相吻合。     

激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场和残余热应力场进行了模拟计算,并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量.结果表明:激光照射面(Al2O3层)和背光面(Ti层)的温度落差为325℃.陶瓷侧温度梯度大于金属侧,成分梯度指数p值愈大,陶瓷侧温度梯度愈大.试样内残余热应力分布受p值控制,依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则,确定了激光烧结Al2O3/Ti系FGM的最佳成分梯度指数p=0.5.     

烧结温度对碳纳米管场发射性能的影响

采用丝 网印刷制备碳纳米管(CNT)阴极的过程中,烧结工艺不仅影响着CNT薄膜的稳定性,而且决定 最终阴 极的场发射性能,已经成为制约场发射电流提升的瓶颈。本文重点研究了烧结温度对CNT场 发射性能 的影响,通过测试不同烧结曲线所制备的阴极场发射性能,分析了烧结温度对阴极附着力、 散热性能的影 响机理,阐明了场发射性能产生差异的原因,最终通过最优烧结温度,制备出场发射电流密 度达到1A/cm²的CNT阴极。     

激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上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,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。     

分区预热对金属激光沉积成形温度场的影响

为减小工件变形和防止工件开裂,提出了采用分区预热装置对基板成形区和近成形区进行分区预热,利用温差拉伸效应主动控制降低应力的新思路。利用ANSYS有限元中的"单元生死"技术,建立单道多层激光沉积成形过程三维温度场的数值模拟模型,深入研究了在基板成形区和近成形区施加不同预热温度以及两区形成不同预热温差(预热温差分别为100℃、200℃、300℃)状态下对成形过程温度场和温度梯度的影响规律,并指出相对于基板整体预热方式,基板分区预热方式下的成形过程温度梯度更趋于稳定,有利于降低热应力;上述分析结果可为分区预热装置设计、预热温度的选择优化提供指导依据。     

基于ABAQUS的金属粉末激光直接烧结温度场模拟

金属粉末激光直接烧结成形是激光快速制造技术重要的发展方向。为了掌握激光烧结中熔池的加热和冷却规律及各烧结道之间的相互影响,综合考虑热传导、热辐射和热对流及变热物性参数,基于ABAQUS平台建立了移动热源作用下的三维瞬态金属粉末激光末激光多道烧结温度场的有限元模型,利用用户子程序DFLUX实现热源移动,通过定义潜热来处理相变的影响,以水雾化铁粉作为烧结材料进行了模拟,摸拟结果与先前实验结果吻合较好。同时模拟结果表明此计算模型有助于估计实验激光功率密度,烧结密度及烧结深度;并为后续的残余应力的精确计算做好了准备。     

激光辐照铝材表面温度场特征演化的数值模拟

建立激光辐照铝材料的有限元分析模型,对材料表面的温度场进行数值模拟。研究了激光光束在对材料表面扫描过程中激光扫描速度、TEM00及TEM10两种理想模式的叠加比例η的取值、材料厚度等因素对扫描结果的影响。分析了在材料上所取的几个目标点的温度场变化情况。仿真结果表明扫描的速度快慢决定了材料表面可以吸收激光能量的多少,影响材料的最高温度;η的取值决定了激光光束的能量分布情况,η值越高激光光束能量越集中,在扫描过程中目标点的温度变化越剧烈;随着深度的增加,材料内部的温度的最高值逐渐降低,温度的升高趋势逐渐趋于平缓。