微型器件选区激光熔化成形温度场的有限元分析

为选择合适的工艺参数实现微型器件的选区激光熔化直接成形,利用ANSYS有限元软件对成形过程的温度场进行了分析。结果表明,温度场的形貌大致呈椭圆形,熔池位置滞后于激光光斑位置,粉末层最高温度、熔池最大宽度和深度均随着扫描速度的增加而减小、随着激光功率的增加而增大。根据分析结果选择合适的工艺参数,当光斑直径为50μm、粉末层厚为30μm、激光功率为200W、扫描速度为800mm/s和扫描间距为100μm时,成形的效果最好,制备出了具有较高精度和物理性能的微型钻头。     

基于选区激光熔化铜合金温度场的粉末层厚调控研究

在选区激光熔化(SLM)加工过程中，粉末层厚是选区激光熔化加工中重要的调控参数之一，合理的粉末层厚既可以提高成型质量又可以提高成型效率。基于SLM温度场模型，研究了温度场运动动态过程，预测了温度场温度和熔池大小，并且定量分析了粉末层厚对温度场温度和熔池大小的影响，研究表明：粉末层厚对温度的影响较小，对于熔池长度的影响相对于熔池宽度和深度更为明显。     

次摆线齿条激光淬火的温度场仿真分析

激光淬火作为一种适用于精密齿条的热处理技术,具有表面硬度高、硬化层分布均匀、变形极小等优良的加工效果。针对次摆线齿条的齿面激光淬火过程,采用有限元仿真对激光淬火过程中的温度场进行分析。首先建立了沿次摆线齿条齿面轴向扫描的激光淬火模型,从而得到齿面热流密度分布;其次运用ANSYS有限元软件计算得到淬火过程中温度分布情况;最后将不同的齿面位置及激光参数的淬火温度场仿真结果进行对比。研究结果表明:次摆线齿条齿面的淬火温度、冷却速度、淬火深度等均满足淬火要求;激光入射角对淬火温度影响较小;激光功率和扫描速度对淬火温度影响效果相反,其中激光功率的影响起主导作用。     

雷达功率组件的金刚石微通道热沉激光加工工艺

为研究雷达功率组件金刚石微通道热沉的加工难题,开展了飞秒激光加工多晶金刚石微流道的工艺研究,仿真模拟了飞秒激光作用于金刚石表面的温度场分布,以及诱导去除过程,理论与实验研究了金刚石的烧蚀阈值,系统研究了激光能量、扫描速度、扫描次数、焦点位置等参量及其优化工艺参数对金刚石微槽尺寸的影响规律.结果表明:当飞秒激光功率大于0...     

Si3N4陶瓷激光加热辅助引弧微爆炸加工温度场仿真

介绍了激光加热辅助引弧微爆炸加工技术,建立了温度场数学模型,使用有限元分析软件计算出了加工Si3N4陶瓷时的温度场分布,并研究了工艺参数对温度场的影响。仿真结果表明：用激光加热辅助引弧微爆炸加工使加工温度得到提高,从单独使用引弧微爆炸加工的12 600℃提高到14 381℃;其最高温度随着激光功率的增大而升高,随光斑尺寸的增大而减小,随激光加热点距引弧微爆炸加工点距离的增大先增大后减小,随进给速度的增大而减小。研究结果为揭示激光加热辅助引弧微爆炸加工机理和选择合理工艺参数提供了理论依据。     

脉冲光纤激光诱导氧化硬质合金的温度场分布

利用ABAQUS建立了三维瞬态传热模型,计算了激光诱导下的温度场分布情况,并研究了激光参数对温度场的影响。仿真结果表明,工件最高温度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大,热影响区的最大深度和宽度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大。研究结果为优选激光诱导氧化硬质合金材料时的激光参数提供了重要依据。     

扫描速度对激光重熔金属陶瓷涂层温度场的影响

为了确定不同扫描速度对激光重熔金属陶瓷涂层温度场的影响,采用超音速等离子喷涂工艺制备Fe40+Ni60+35WC金属陶瓷涂层;利用ANSYS软件对不同扫描速度下激光重熔过程中的温度场进行动态模拟,分析激光重熔过程温度场加热冷却的规律;通过实验确定不同扫描速度的激光重熔金属陶瓷涂层温度场。结果表明:激光重熔是一个急热骤冷的过程,其光斑中心前侧温度梯度大于后侧温度梯度,因此激光扫描速度会对重熔层温度场的分布特征影响显著;当扫描速度较低时,加热时间、能量的吸收及熔池的深度将增加,导致稀释率上升,而当扫描速度过高时,材料内部的热量不足,使得涂层中难熔相不能充分融化,从而出现未熔颗粒残留并产生气孔,导致孔洞和裂纹的增加,因此应选择合适的扫描速度。通过对重熔层温度的实验检测和分析,验证了温度场模型的可靠性与准确性。     

微型石英晶体谐振器电极激光加工温度场仿真分析

以石英晶体谐振器电极银层的激光刻蚀调频加工过程为研究对象,综合考虑了被加工材料的热物理参数和相应边界条件,利用ANSYS有限元软件仿真模拟了脉冲激光刻蚀加工过程中谐振器电极银层温度场分布情况,分析了不同激光加工工艺参数对材料温度的影响.分析结果表明,温度随与热源中心距离增加而减小,温度场呈近似椭圆形扩散,最高温度随激光...     

选择性激光烧结3D打印参数对成型精度影响研究

选择性激光烧结的成型过程中,零件的成型性能主要受激光功率、扫描速度、扫描间距与激光能量密度等多种因素的影响。采用实验方法研究了PS粉选择性激光烧结工艺,通过测量烧结件的尺寸精度,得出不同影响因素对烧结件成型精度影响的变化规律。通过实验结果发现,激光功率、扫描速度、扫描间距分别通过改变激光能量密度影响成型精度,并得到成型件精度与激光能量密度的变化规律,同时选出最佳的加工参数与加工方式,指导实际生产。     

316L不锈钢粉选择性激光熔化成形工艺及成形后的性能

对316L不锈钢粉进行选择性激光熔化成形,利用正交试验方法分析激光功率、扫描速度和扫描间距对成形试样相对密度、拉伸性能和微观形貌的影响,得到了最佳工艺参数。结果表明:成形试样的抗拉强度、屈服强度和相对密度均随激光功率或扫描速度的增加先增后降,随扫描间距的增加而增大;伸长率随激光功率的增加先降后增,随扫描速度的增加而增大,随扫描间距的增加变化很小;最佳工艺参数组合为激光功率310W,扫描速度960mm·s~(-1),扫描间距0.13mm;在最佳工艺下成形后试样的相对密度、抗拉强度和屈服强度均最大,分别为99.53%,613MPa和320MPa,伸长率为44.6%,成形试样的表面平整,孔隙较小,拉伸断口上的韧窝细小均匀,且球化现象较少。     

聚晶金刚石复合片激光抛光工艺研究

聚晶金刚石复合片因具有超高硬度、耐磨性和良好的热稳定性,被广泛用作切削加工的刀具材料。利用PCD复合片制作刀具时,和传统加工工艺相比,激光抛光可以获得更良好的加工特性。为探究PCD复合片的激光抛光工艺特性,获取最佳表面粗糙度,利用飞秒已抛光区域的线粗糙度,系统地研究了激光功率、扫描速度、扫描间距的水平变化对粗糙度和抛光效率的影响规律。采用正交试验方法对3个因素水平进行优化组合,同时对飞秒激光抛光PCD的作用机理进行初步探究。结果表明：影响粗糙度的主要因素为扫描速度,选用7 MW激光功率、1 000μm/s扫描速度、12μm扫描间距的工艺参数可以获得粗糙度为33.95 nm的优良PCD复合片。     

工艺参数对SLM激光快速成型件表面粗糙度的影响

主要研究SLM激光快速成型过程中各工艺参数对成型件表面粗糙度的影响.影响成型件表面粗糙度的工艺参数主要有激光功率、扫描速度、搭接率、切片层厚和倾斜角度.采用正交实验方法,研究激光功率、扫描速度、搭接率三个工艺参数对快速成型件水平面表面粗糙度的影响规律、倾斜角度对斜面表面粗糙度的影响以及切片层厚对零件的垂直面的表面粗糙度影响.实验结果表明:搭接率是影响水平面表面粗糙度的最主要的因素,当其它参数相同,搭接率为30%时,表面粗糙度值最小;倾斜角度越大,表面粗糙度值越小;切片层厚越小,表面粗糙度值越小.     

马氏体时效钢激光选区熔化成形过程介观尺度数值模拟

激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形过程涉及多种发生于介观尺度下的物理现象,采用试验方法难以揭示物理现象复杂的形成规律。以18Ni-300马氏体时效钢为SLM成形材料,采用离散元法与有限体积法建立了SLM成形介观尺度热流耦合数值模型,并结合熔道成形试验验证模型的正确性。结合数值模拟揭示激光功率从60 W增加至270 W时单道SLM成形熔道形貌、熔池尺寸与温度、传热机制等熔池行为的基本特征;研究在0.2 J/mm、0.3 J/mm和0.45 J/mm线能量密度下不同激光功率和扫描速度组合对熔道形貌、熔池尺寸与传热机制的影响规律;结合熔道搭接理论模型计算激光功率180 W和扫描速度600 mm/s组合下无搭接缺陷的扫描间距理论临界条件约为83μm,并研究80μm、100μm和120μm扫描间距下多道多层SLM成形熔道搭接行为和演变规律。该模型可用于筛选工艺参数区间,提高工艺优化效率,为单层/多层成形的工艺试验提供指导。     

板料激光曲线弯曲成形温度场的数值研究

板料激光弯曲成形是一种利用激光成形构件的柔性成形技术。以矩形板激光单次扫描成形的过程为研究对象，通过对有限元分析软件ANSYS进行二次开发，建立了基于扫描路径的动热源模型，并系统研究了各技术参数下激光弯曲温度场的动态变化。分析发现：（1）曲线扫描准稳态过程的温度峰值要小于同工况下直线扫描情况，且持续时间短暂，温度峰值不断跳跃；（2）相同工艺参数下，随着扫描路径曲率的增大，温度峰值及加热区温度梯度均减小，当扫描路径曲率继续增大时，温度峰值及加热区温度梯度却随之增大；（3）提高激光功率，降低扫描速度以及在恒定线能量密度下增大扫描速度，均使板料温度梯度增大，而增大光斑直径，温度梯度减小。     

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟

利用ANSYS软件建立预置式粉层激光反应熔覆的数值模拟模型,考虑了相变潜热、辐射对流散热、表面效应单元等因素的影响;在不同的工艺参数下,用该模型对激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场进行了计算,分析了整个激光加工过程中温度场的变化情况。结果表明:激光功率和扫描速度对基体熔化厚度以及熔覆层宽度的影响都比较显著;激光功率是造成熔覆层较大温度梯度的主要因素;有限元模拟得到的最佳工艺参数得到了试验验证。     

SLS快速成形技术中激光加工参数对制件性能的影响

以AFS--320MZ快速成形机为例，研究了基于选择性激光烧结(SLS)快速成形制造中激光功率密度、扫描速度、扫描间距、扫描方式和铺粉密度等加工参数对制件性能的影响。     

钛粉选区激光烧结三维瞬态温度场模拟

考虑材料在烧结过程存在着相变潜热的特性和材料热物性参数随温度变化特性等,基于ANSYS建立选区激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)成型过程的模型,并且利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载。以纯钛粉末为烧结材料进行三维瞬态温度场模拟。模拟结果表明:由于热积累效应,随着扫描时间的增加,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;光斑中心热影响区随激光功率增加而扩大,同时热影响区温度也随激光功率增加在提高;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化。     

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。     

基于有限元的选择性激光熔化薄壁成型的熔池研究

本文主要通过有限元研究了选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)加工薄壁过程中的热行为。分析了不同扫描速度及激光功率对熔池尺寸的影响,并与实体加工进行了对比。研究发现,熔池的宽度及深度随激光功率的增加而增加,随扫描速度的提高而减小;熔池的长宽比随功率增大和速度的增大而增大。并且发现,实体加工和薄壁加工中,熔池的宽度与深度在同样工艺参数条件下差别不大,但熔池的长宽比有明显差别,薄壁加工长宽比更大,因此更容易发生球化现象。     

SLS烧结实验的优化设计

激光功率、扫描速度、铺粉厚度、预热温度及扫描间距是影响SLS成型质量的主要因素.通过激光快速成型机AFS-450制作专门的样件,采用正交试验和方差分析,对SIS成型工艺参数进行优化设计.确定了ABS粉末最佳的烧结参数,即预热温度为100℃、扫描速度为2000mm/s、激光功率为24W、铺粉厚度为0.2mm.