激光烧结成形多层金属薄壁件温度场模拟研究

"这篇论文是关于激光直接烧结成形多层金属薄壁件的温度场有限元模拟的研究，发表于2007年的《中国机械工程》杂志，作者包括周建忠、郭华锋等人。研究中，作者们利用ANSYS软件构建了一个三维温度场模型，模拟了激光烧结过程，并通过APDL编程控制激光热源的移动，使用‘单元生死’技术模拟粉末材料的增长。结果显示，在特定工艺条件下，烧结得到的熔深超过0.15mm，熔宽约为0.61mm，烧结层之间连接紧密，热量主要沿堆积方向散失。模拟结果与实验数据吻合良好。" 该研究的核心知识点包括： 1. **激光直接金属沉积（Direct Metal Laser Sintering, DMLS）**：这是一种增材制造技术，通过聚焦的激光束熔化金属粉末，逐层沉积形成三维零件。本文探讨了这一技术在制造多层金属薄壁件时的温度控制问题。 2. **温度场有限元模型**：研究者运用ANSYS这一通用有限元分析软件，建立了一个三维的温度场模型，用于分析激光烧结过程中的温度变化规律。 3. **APDL编程**：ANSYS的高级用户接口，允许用户自定义命令来控制仿真过程，如在此文中，用于实现激光热源在模拟过程中的动态移动。 4. **单元生死技术**：在有限元模拟中，此技术用来模拟材料的生长或消失。在烧结过程中，随着粉末的熔化和固化，该技术能准确反映粉末层的累积过程。 5. **热物理属性的非线性变化**：考虑到材料在加热和冷却过程中的热导率、热辐射和热对流等热物理属性的变化，这是进行精确温度场模拟的关键因素。 6. **熔深和熔宽的控制**：研究指出，特定工艺参数下，熔深可达0.15mm以上，熔宽约0.61mm，这对确保烧结件的质量和结构完整性至关重要。 7. **热梯度分析**：在冷却过程中，发现热量主要沿堆积方向散失，表现为Z方向的热梯度远大于其他方向，这有助于理解冷却过程中的应力分布和形状控制。 8. **实验验证**：模拟结果与实际实验结果进行了对比，两者一致性好，表明所建立的模型和方法具有较高的可靠性和实用性。 这篇论文对理解和优化激光直接烧结成形工艺提供了理论依据，对于提高增材制造过程的精度和效率具有重要意义，特别是对于制造多层金属结构件的应用场景。