尼龙12激光选区烧结动态过程数值模拟研究

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激光选区烧结(SLS)技术具有成型材料范围广、可成型复杂结构零件等优点,被航空航天、汽车、船舶、模具等领域大型复杂结构零部件所需求。但对于大型复杂类零件,在激光烧结过程中其温度场分布是极其不均匀的,会大大影响成型微观组织结构以及制约成型件的质量,且现有的设备无法对成型过程温度场实施精准监测。因此,本文以尼龙12为研究对象,利用参数化设计语言对激光烧结动态过程进行数值模拟研究,并进行了实验验证。  首先,对SLS有限元模拟过程进行了解析。分析了激光选区烧结温度场和热应力场有限元求解理论;解决了有限元模拟的关键技术问题;利用APDL语言编程实现热源的移动与循环加载,建立了有限元模型。  其次,模拟了单层尼龙12粉末SLS动态过程。分析了不同扫描方式下榔头特征区域单层尼龙12粉末烧结过程的瞬态温度场分布以及热-力耦合情况。提出了一种新的扫描方式:分区自定义填充扫描方式,包括分区长边填充与分区短边填充。通过模拟对比分析可知,分区短边填充扫描方式下的温度场分布最均匀,应力应变最小;轮廓向外偏置扫描比轮廓向内偏置扫描好,优化了内部热量集中现象。  然后,探讨了扫描矢量对SLS熔池温度场的影响。在相同恒定扫描道数的前提下,找出了SLS过程熔池温度场随扫描矢量变化的规律,得到了不同扫描矢量与激光功率、扫描速度的影响关系。模拟结果显示:熔池瞬态温度随扫描矢量增加呈指数衰减。为了使熔池瞬态温度保持相同恒定的值,扫描矢量较短时,应适当降低激光功率,或适当提高扫描速度。  最后,通过对单层件微观组织情况观察分析,以及多层烧结件体积重量的对比分析等对数值模拟结果进行了实验验证:实验结果与模拟结果吻合较好,验证了本文模拟结果的可靠性,为合理的选择工艺参数提供了可靠的理论依据。
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