基于選擇性激光熔化技術(shù)的有限元分析和掃描路徑優(yōu)化.pdf

1、選擇性激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）技術(shù)是目前金屬增材制造領(lǐng)域最復(fù)雜最前沿的制造工藝，受到了廣泛關(guān)注。目前選擇性激光熔化技術(shù)還處于研究階段，研究的材料種類有限。針對(duì)Ti6Al4V材料的SLM成形過程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布及演變規(guī)律研究還不透徹，掃描路徑優(yōu)化有待進(jìn)一步的探討。在鈦合金實(shí)際選擇性激光熔化加工中，由于尖角處溫度場(chǎng)分布非常不均勻，所以帶尖角截面形狀的加工層特別容易發(fā)生翹曲變形。為保證SLM加

2、工過程正常進(jìn)行和提高制件成形精度，必須有效控制其溫度場(chǎng)分布。掃描路徑合理規(guī)劃可以有效減小溫度場(chǎng)的溫度梯度和成形件的翹曲變形。為減小尖角截面的翹曲變形，針對(duì)尖角截面的掃描路徑優(yōu)化很有必要。
　　本文首先利用ANSYS有限元分析軟件研究SLM技術(shù)在Ti6Al4V合金成形過程中的溫度演變和熔池形貌，掌握了鈦合金SLM成形過程中溫度場(chǎng)變化的一般規(guī)律，證明了采用列出的工藝參數(shù)完全能夠制造出理論全致密度的加工件。其次，利用熱—結(jié)構(gòu)耦合分析計(jì)算

3、出加工件的應(yīng)力、應(yīng)變特征。同時(shí)對(duì)比不同掃描線長(zhǎng)度對(duì)薄壁零件SLM過程的應(yīng)力應(yīng)變影響。結(jié)果表明薄壁零件在SLM加工工藝中產(chǎn)生的應(yīng)變與掃描長(zhǎng)度成正比關(guān)系。再次，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量的實(shí)際加工零件的應(yīng)變情況和模擬結(jié)果對(duì)比不斷修正分析模型，使得最終數(shù)值分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，得到正確的數(shù)值分析模型。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)：在本文的工藝參數(shù)下，最適合薄壁零件加工的掃描長(zhǎng)度為5mm，此時(shí)收縮率接近于零。最后，利用驗(yàn)證過的數(shù)值分析模型分析優(yōu)化指定截面形