本文關(guān)鍵詞：懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)的選擇性激光熔化成型研究

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【摘要】：選擇性激光熔化技術(shù)(SLM)是一種能夠直接成型任意復(fù)雜形狀金屬零件的新型激光快速制造技術(shù)。但由于SLM成型過程中激光作用于局部小范圍內(nèi),加上復(fù)雜成型件結(jié)構(gòu)的不同,造成局部能量過多或不足而產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷。因此本文建立了選擇性激光熔化316L粉末的溫度場(chǎng)有限元模型,系統(tǒng)研究能量對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)SLM成型的影響,并通過調(diào)整工藝參數(shù)等手段控制單位體積內(nèi)能量的輸入與輸出,對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)成型優(yōu)化和可控多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與成型做了探討。本文選擇316L不銹鋼粉末作為SLM成型懸垂結(jié)構(gòu)和可控多孔結(jié)構(gòu)的研究對(duì)象,內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:1、建立了選擇性激光熔化316L不銹鋼粉末的溫度場(chǎng)有限元模型。區(qū)分了材料在不同狀態(tài)下的熱物性參數(shù),考慮了材料熔化和凝固過程中潛熱的吸收和釋放。利用建立的模型進(jìn)行了單點(diǎn)、單道掃描的模擬,探討了潛熱在SLM成型過程中的作用,分析了激光功率、曝光時(shí)間和掃描點(diǎn)間距對(duì)單熔道成型的影響。最后進(jìn)行相應(yīng)的單熔道掃描實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明所建立的溫度場(chǎng)模型與實(shí)際情況基本吻合,具有一定的參考價(jià)值。2、懸垂結(jié)構(gòu)SLM成型工藝的研究。懸垂結(jié)構(gòu)成型過程中容易出現(xiàn)掛渣和過燒現(xiàn)象,本文研究了傾斜角度對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)SLM成型的影響,并從能量輸入輸出的角度通過控制局部參數(shù)的方法消除掛渣、過燒等缺陷,采用重熔的方法獲得致密的懸垂結(jié)構(gòu)。3、對(duì)SLM成型多孔結(jié)構(gòu)做了研究,提出了一種基于SLM的可控多孔結(jié)構(gòu)。分析了可控多孔結(jié)構(gòu)的可成型性,并采用優(yōu)化的掃描方式和工藝參數(shù)成型多孔結(jié)構(gòu)制件。提出了復(fù)雜曲面多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,成功成型了復(fù)雜曲面多孔結(jié)構(gòu)制件。4、利用多孔結(jié)構(gòu)輔助成型懸垂結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)有支撐的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了可控多孔支撐結(jié)構(gòu),提出了復(fù)雜懸垂曲面的成型方法,利用可控多孔支撐結(jié)構(gòu)成型傾斜角度大的懸垂結(jié)構(gòu)和懸垂曲面。
【關(guān)鍵詞】：選擇性激光熔化 懸垂結(jié)構(gòu) 可控多孔結(jié)構(gòu) 316L不銹鋼 工藝參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG665
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 選題背景和意義11-13
• 1.2 選擇性激光熔化技術(shù)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 選擇性激光熔化技術(shù)主要研究方向13
• 1.2.2 SLM成型懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)的缺陷13-16
• 1.2.3 缺陷形成的原因分析16
• 1.3 選擇性激光熔化關(guān)鍵問題及方法的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 SLM成型過程有限元研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 SLM成型懸垂結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 SLM成型多孔結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 研究的目的、意義和研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 SLM成型特性原理分析21-27
• 2.1 引言21
• 2.2 選擇性激光熔化成型懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)影響因素21-22
• 2.2.1 能量對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的影響21-22
• 2.2.2 成型方法對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的影響22
• 2.3 SLM成型熱過程原理分析22-25
• 2.3.1 金屬粉末材料對(duì)激光能量的吸收22-23
• 2.3.2 選擇性激光熔化熱過程的特點(diǎn)23-24
• 2.3.3 選擇性激光熔化熱過程分析24-25
• 2.4 SLM成型懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)的研究方向25-26
• 2.4.1 懸垂結(jié)構(gòu)成型研究方向25
• 2.4.2 多孔結(jié)構(gòu)成型研究方向25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 選擇性激光熔化成型過程有限元仿真27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 選擇性激光熔化溫度場(chǎng)的三維有限元模型27-32
• 3.2.1 選擇性激光熔化溫度場(chǎng)基本理論27
• 3.2.2 模型描述及模型假設(shè)27-28
• 3.2.3 移動(dòng)激光熱源的模擬28-29
• 3.2.4 初始條件和邊界條件的處理29
• 3.2.5 材料熱物性參數(shù)的處理29-31
• 3.2.6 熔化區(qū)域的確定31-32
• 3.3 ABAQUS溫度場(chǎng)仿真關(guān)鍵問題的處理32-33
• 3.4 有限元仿真模擬研究結(jié)果33-39
• 3.4.1 潛熱對(duì)單點(diǎn)掃描成型的作用33-35
• 3.4.2 區(qū)分粉末和實(shí)體的單熔道對(duì)比35-36
• 3.4.3 功率對(duì)單熔道的影響36-37
• 3.4.4 曝光時(shí)間對(duì)單熔道的影響37-38
• 3.4.5 掃描點(diǎn)間距對(duì)單熔道的影響38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第4章 SLM成型單道和懸垂結(jié)構(gòu)的研究41-59
• 4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料41-43
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備41-42
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)材料42-43
• 4.2 單道掃描成型實(shí)驗(yàn)43-49
• 4.2.1 單道掃描成型原理及研究?jī)?nèi)容43-44
• 4.2.2 單道掃描實(shí)驗(yàn)研究44-49
• 4.3 成型懸垂結(jié)構(gòu)的研究49-53
• 4.3.1 SLM成型懸垂結(jié)構(gòu)的理論分析49-50
• 4.3.2 傾斜角度與能量輸入對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)的影響50-53
• 4.4 傾斜圓柱的可成型性研究53-56
• 4.4.1 層間重疊長(zhǎng)度和懸垂長(zhǎng)度53-54
• 4.4.2 支柱的可成型性分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證54-56
• 4.5 SLM成型懸垂結(jié)構(gòu)控制能量方法的研究56-58
• 4.5.1 局部參數(shù)控制56-58
• 4.5.2 重熔的影響58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第5章 可控多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與SLM成型59-77
• 5.1 引言59
• 5.2 可控多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求59-60
• 5.3 可控多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)60-64
• 5.3.1 可控多孔結(jié)構(gòu)的形狀確定60-61
• 5.3.2 單元體高度的確定61-63
• 5.3.3 多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率63-64
• 5.4 基于SLM的可控多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般原則64-68
• 5.4.1 SLM技術(shù)的原理約束64-67
• 5.4.2 通過輪廓補(bǔ)償控制成型質(zhì)量67-68
• 5.5 SLM成型可控多孔結(jié)構(gòu)68-71
• 5.5.1 可控多孔結(jié)構(gòu)單元的成型68-69
• 5.5.2 可控多孔結(jié)構(gòu)整體成型69-71
• 5.6 平面多孔結(jié)構(gòu)的SLM成型71
• 5.7 復(fù)雜曲面多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與SLM成型71-75
• 5.7.1 復(fù)雜曲面多孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求71-72
• 5.7.2 復(fù)雜曲面多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)72-74
• 5.7.3 復(fù)雜曲面多孔結(jié)構(gòu)的SLM直接成型74-75
• 5.8 本章小結(jié)75-77
• 第6章 多孔結(jié)構(gòu)輔助成型懸垂結(jié)構(gòu)77-89
• 6.1 懸垂結(jié)構(gòu)的成型問題77-79
• 6.1.1 懸垂結(jié)構(gòu)成型問題及解決方法77
• 6.1.2 現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)的分析77-79
• 6.2 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)單元體設(shè)計(jì)79-81
• 6.3 任意復(fù)雜懸垂結(jié)構(gòu)的可控多孔支撐設(shè)計(jì)81-83
• 6.4 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)成型優(yōu)化83-85
• 6.4.1 掃描方式的優(yōu)化83-84
• 6.4.2 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)成型84-85
• 6.5 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)輔助成型懸垂結(jié)構(gòu)85-87
• 6.5.1 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)成型懸面85-86
• 6.5.2 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)成型復(fù)雜懸垂曲面86-87
• 6.6 可控多孔支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化及效果87-88
• 6.7 本章小結(jié)88-89
• 第7章 總結(jié)與展望89-91
• 7.1 總結(jié)89
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)89-90
• 7.3 展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 致謝95-97
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果97

【參考文獻(xiàn)】

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