Numerical simulation of temperature field during selective laser sintering of polymer-coated molybdenum powder

The technology of length-alterable line-scanning laser sintering was introduced. Based on the research of laser heating property, powder thermal physics parameters and laser sintering process, a numerical model of the temperature field during length-alterable line-scanning and laser sintering of polymer-coated molybdenum powder was presented. Finite element method (FEM) was used to simulate the temperature field during laser sintering process. In order to verify the simulated results, a measuring system was developed to study the laser sintering temperature field. Infrared meter was introduced to measure the surface temperature of sintering powder; the temperature of its inside part was measured by thermocouple. The measured results were compared with the numerical simulation results; the conformity between them is good and the relative error is less than 5%.

选择性激光烧结成形温度场的研究进展

选择性激光烧结技术与传统铸造工艺相结合 ,为快速制造某些难以用传统方法获得的铸件提供了有利途径。对于各种粉末材料在选择性激光烧结成形过程中温度场的模拟与预测 ,是合理选择其烧结工艺参数的基础。本文中综述了聚合物粉末、聚合物覆膜金属 /陶瓷粉末和金属粉末在选择性激光烧结过程中的热物性参数变化规律及其相应的成形温度场分布 。

高分子粉末SLS过程的温度场与热变形分析

针对高分子粉末选择性激光烧结(SLS)的特点,应用数值方法与物理实验研究了ABS粉末烧结过程的温度场演化以及制件的热变形。研究发现,对于特定粉体材料,不同时刻的温度分布主要取决于热源的移动状态。不同烧结路径热量叠加状态的不同,造成各点温度峰值的差异。温度的突变与分布不均是导致材料不均匀热膨胀和收缩,从而产生热应力和制件翘曲变形的重要因素。对于各种几何形状的制件,可以通过优化烧结路径使温度场分布均匀,从而减少制件的整体变形。

激光烧结Al_2O_3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Ａｌ２Ｏ３／Ｔｉ系ＦＧＭ的温度场和残余热应力场进行了模拟计算，并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量。结果表明：激光照射面（Ａｌ２Ｏ３层）和背光面（Ｔｉ层）的温度落差为３２５℃。陶瓷侧温度梯度大于金属侧，成分梯度指数ｐ值愈大，陶瓷侧温度梯度愈大。试样内残余热应力分布受ｐ值控制，依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则，确定了激光烧结Ａｌ２Ｏ３／Ｔｉ系ＦＧＭ的最佳成分梯度指数ｐ＝０．５。

粉末材料激光烧结过程温度场的测试系统

介绍了粉末材料的激光烧结成型技术,对粉末材料激光烧结成型的加热过程进行了分析,在此基础上研制了一种适合于粉末材料激光烧结成型过程温度场的测试系统,利用红外测温仪测量粉末表层温度,利用热电偶测量粉末内部温度,测量结果由计算机打印输出。

选择性激光烧结系统精确控温方法研究

针对选择性激光烧结(SLS)工作缸内温度场不均匀和测温不准确的问题.根据HRP-Ⅳ型快速成形机建立了管式加热辐射系统数学模型,模拟加热管安装位置,计算工作区内各点角系数,并引入均匀度系数和最大偏差率两个指标来评价温度场均匀性和测温精度,同时对模拟状态进行实验分析.结果表明合理选择加热管安装位置和测温点可有效提高温度场均匀性和温度测量精度,最终实现SLS精确控温.在本研究条件下,温控误差在2℃以内,零件成形精度误差小于0.2 mm,且无翘曲变形.

复合尼龙粉末激光烧结过程温度场测试系统研制

对复合尼龙粉末材料激光烧结成型的加热过程进行了分析,在此基础上研制了一种适合于粉末材料激光烧结成型过程温度场的测试系统。该系统利用红外测温仪测量粉末表层温度,利用热电偶测量粉末内部温度,测量结果由计算机打印输出。根据输出结果成功进行激光烧结工艺参数优化。

粉末薄层选区激光烧结温度场数值模拟与实验研究

单层粉末的激光烧结温度场对三维结构熔结成型有着直接影响。通过对工程塑料粉末选区激光烧结过程能量作用形式的分析,构建了粉体与金属基板界面接触热阻的导热模型和扫描烧结的移动热源模型;利用有限元法对功率为10～25W,光斑直径为0.24mm的激光逐行扫描烧结过程的温度场进行了数值模拟;通过温度场分布模拟和激光烧结实验得到了单层厚度为0.5mm的PA6粉末行扫描间距的优化区间为0.3～0.4mm,获得了熔结质量较好、厚度均匀的平板形烧结物,为进一步优化工艺参数提供了基础。

不锈钢粉末选择性激光烧结成型圆薄片温度场模拟

选取316L不锈钢粉末和尼龙12(PA12)粉末混合材料,在综合考虑热传导、热辐射及对流等热现象的基础上,以有限元分析软件ANSYS为平台,对316L不锈钢混合PA12粉末激光选择性烧结成型圆薄片温度场进行数值模拟。结果表明,在激光功率10 W,扫描速度2 000 mm/s,预热温度100℃工艺参数下,激光烧结混合粉末快速达到粘结剂PA12粉末的熔点,在烧结过程中起到粘结剂的作用。当激光功率升高时,最高温度相应升高;激光扫描速度加快时,薄片整体温度下降。

激光烧结Si/Fe混合粉末材料的温度场有限元模拟

利用ANSYS工具建立了选择性激光烧结热电功能材料β-FeSi2的三维瞬态温度场有限元模型,模型中考虑了混合材料热物性参数随温度与孔隙率的变化和材料相变过程对温度场的影响。系统分析了选择性激光烧结二元粉末内部温度场随时间和空间的变化规律,通过该有限元模型可以分析二元粉末激光烧结过程中激光热能在粉床内部的传输规律。模拟结果表明,随烧结深度增加,粉床内部温度和温度梯度迅速衰减,粉床内部温度场在深度方向呈漏斗状梯度分布,粉层内部热影响区域最深的位置滞后于激光束中心。在已烧结区域,粉层内部存在一个均匀分布的高温体积区间。对此粉层区域温度的研究将为实验中控制烧结材料相变过程与性能提供依据。

石灰石/PES复合材料选区激光烧结温度场数值模拟与实验

利用选区激光烧结技术(SLS)制备石灰石/聚醚砜树脂(PES)复合材料烧结件(LPES)时,由于粉床预热温度T直接影响烧结件的烧结质量,决定烧结件的尺寸精度和力学性能。因此,对复合材料选区激光烧结温度场进行数值模拟,探究不同预热温度下复合材料粉末颗粒的平均温度和最高温度的变化规律具有研究意义和现实价值。利用离散元模拟仿真软件EDEM构建单层烧结实验粉末颗粒的并联系统模型,并在石灰石含量(石灰石/PES质量比1∶5)16.7%,激光烧结功率12 W,扫描速度1.8 m/s,扫描间距0.1 mm,分层厚度0.1 mm时,利用SLS技术对不同预热温度T∈72~82℃的石灰石/PES复合材料进行单层烧结实验,并对LPES材料烧结件进行力学性能实验和断面微观形貌表征,探究预热温度对LPES烧结件的冲击强度、尺寸精度和显微组织的影响规律,由实验结果确定粉床最佳预热温度为80℃,验证了温度场数值模拟结果的准确性,为后续实验确定最优工艺参数组合奠定了基础。

基于选择性激光烧结覆膜金属纳米复合粉末材料的研究进展

综述了选择性激光烧结金属粉末材料和纳米粉末材料的研究进展。介绍了选择性激光烧结覆膜Al Fe Ni合金系金属纳米复合粉末材料的开发思路。提出了选择性激光烧结覆膜Al Fe Ni合金系金属纳米复合粉末材料的主要成分与制备方法 ,并对前景进行了展望。

粉末材料激光烧结成型过程温度场的测量

介绍了粉末材料的激光烧结成型技术,研制开发了测温系统对粉末材料激光烧结过程温度场进行了测量,利用红外测温仪测量粉末表面温度,热电偶测量粉末内部温度,测量结果由计算机处理。最后将温度场测量结果与数值模拟结果进行了比较,二者吻合较好。

尼龙6粉末选区激光烧结中能量累积的数值模拟与实验研究

选区激光烧结的逐行逐层的增材制造是一个能量的持续作用过程。对不同的线能量密度、不同预热温度的尼龙6粉末烧结过程进行建模和仿真,结合反映烧结样品热氧老化程度的黄蓝指数b^(∗)值的测量,对烧结过程的能量变化进行了分析。结果表明:不同线能量密度的单层烧结,连续5行扫描烧结区能量增加约3.4%~7.82%,扫描能量较小时累积较为明显;预热温度从25℃增加到180℃时,烧结区能量的增幅为9.17%~5.66%;多层烧结中10层以下能量累积较快,增幅为11.66%,10~20层仅增大0.67%;虽然均表现出由于热平衡而使得在较高能量下的累积减缓,但是,实验烧结样品外观的黄蓝指数测量显示,对应b^(∗)值从25℃的2.15增大到180℃的11.65;烧结4~20层时则由6.81上升到31.02,样品黄色程度在加深,表明烧结样品的热氧老化也越严重;故了解烧结过程的能量变化及相关工艺参数优化,将有助于提高烧结样品的综合质量。

粉末增材制造微结构的非等温相场模拟

为了预测粉末增材制造过程中微结构特点及其演化过程,考虑增材制造中局部温度的剧烈变化和极大的温度梯度,改进热-熔体-微结构耦合的非等温相场模型。在该相场模型中,微结构演化由传质、传热、熔体流动、固液相变和晶体生长的耦合动力学所描述。采用有限元方法对该模型进行数值求解,并将其应用于粉末的非等温烧结以及选区烧结(selective sintering,SS)和选区熔化(selective melting,SM)增材制造的模拟。研究结果表明:温度梯度将产生额外的热毛细和热泳传质,以及固/液界面移动和晶界迁移的额外驱动力,进而显著影响微结构演化;该模型可预测高能集中热束功率P和扫描速度v对孔隙率、表面形貌、温度分布、晶粒形状及取向、致密度等微观结构特征的影响规律;当P-0.15v-23>0(SS)和P-0.25v-100>0(SM)时,可获得大于90%的致密度。

激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟

在激光同轴送粉熔覆中,由于激光与粉末流相互作用,粉末流整体温度分布直接影响激光熔覆的质量。基于非预混燃烧模型,将激光相处理为连续性介质,粉末颗粒相看作离散相物质,建立了激光作用下粉末流的质量、动量和能量方程。用Fluent软件进行了不同激光功率和粉末流速度条件下粉末流整体温度场数值模拟,讨论了各种参数对温度场分布的影响。为了验证该模型的准确度,利用CCD比色测温方法测量了粉末流整体温度场分布。结果表明,数值模拟与CCD检测结果具有良好的一致性,数值模拟结果对激光熔覆具有指导意义。