直接金属激光多道烧结温度场模拟研究

"局部输入的集中移动激光热源对直接金属选区激光烧结过程中的温度场分布产生了显著影响，导致不均匀和不稳定。本文通过建立三维温度场有限元模型，研究多道激光烧结的温度场动态分布和烧结道之间的相互作用。利用ANSYS参数化设计语言模拟热源移动，并考虑相变潜热的处理。模拟结果显示，随着烧结过程的推进，热影响区域扩大且不均衡性增强，尤其在激光束扫描方向改变时的边沿区域，温度梯度极大。模拟结果与实验结果吻合，验证了模型的准确性。" 在直接金属选区激光多道烧结（Direct Metal Laser Sintering, DMLS）这一技术中，激光作为热源被集中并移动地输入到材料表面，这种局部输入的热源方式导致了温度场的非均匀性和不稳定性。为了理解和控制这一过程，研究者建立了三维温度场的有限元模型，该模型考虑了热传导、比热容等热物理参数随温度变化的影响。在这一模型中，他们应用了ANSYS软件进行参数化设计，模拟激光烧结过程中热源的移动路径，同时通过焓法来处理相变潜热的问题，即材料由固态到液态转变时吸收或释放的热量。 通过模拟，研究者发现随着烧结的进行，后续的烧结道会形成更大的热影响区域，而且这些区域的不均衡性逐渐加剧。这一点对于理解材料的微观结构形成和性能至关重要。特别地，当激光束的扫描方向改变时，烧结件的边缘区域会出现极大的温度梯度，这是由于热量的快速转移和积累造成的。这样的温度梯度可能影响材料的微观结构，如晶粒尺寸和形状，进而影响最终部件的机械性能。 此外，模拟结果的最高温度和平均温度与实验数据的一致性，证明了所建立的有限元模型的有效性和准确性。这为优化DMLS工艺参数提供了理论基础，例如调整激光功率、扫描速度和路径规划，以实现更均匀的温度场分布和更高质量的金属零部件制造。 关键词涉及快速原型制造、选区激光烧结、数值模拟、有限元分析、温度场和潜热，表明这篇论文深入探讨了DMLS工艺中的关键物理现象，并利用先进的计算方法进行了定量分析。这对于提升DMLS技术在精密零件制造、航空航天、医疗器械等领域的应用具有重要价值。