本文關鍵詞：懸垂結構和多孔結構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(SLM)是一種能夠直接成型任意復雜形狀金屬零件的新型激光快速制造技術。但由于SLM成型過程中激光作用于局部小范圍內(nèi),加上復雜成型件結構的不同,造成局部能量過多或不足而產(chǎn)生相應的缺陷。因此本文建立了選擇性激光熔化316L粉末的溫度場有限元模型,系統(tǒng)研究能量對懸垂結構和多孔結構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,對懸垂結構成型優(yōu)化和可控多孔結構的設計與成型做了探討。本文選擇316L不銹鋼粉末作為SLM成型懸垂結構和可控多孔結構的研究對象,內(nèi)容主要有以下幾個方面:1、建立了選擇性激光熔化316L不銹鋼粉末的溫度場有限元模型。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。利用建立的模型進行了單點、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、曝光時間和掃描點間距對單熔道成型的影響。最后進行相應的單熔道掃描實驗,結果表明所建立的溫度場模型與實際情況基本吻合,具有一定的參考價值。2、懸垂結構SLM成型工藝的研究。懸垂結構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懸垂結構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構。3、對SLM成型多孔結構做了研究,提出了一種基于SLM的可控多孔結構。分析了可控多孔結構的可成型性,并采用優(yōu)化的掃描方式和工藝參數(shù)成型多孔結構制件。提出了復雜曲面多孔結構的設計方法,成功成型了復雜曲面多孔結構制件。4、利用多孔結構輔助成型懸垂結構。結合現(xiàn)有支撐的優(yōu)點,設計了可控多孔支撐結構,提出了復雜懸垂曲面的成型方法,利用可控多孔支撐結構成型傾斜角度大的懸垂結構和懸垂曲面。
【關鍵詞】：選擇性激光熔化 懸垂結構 可控多孔結構 316L不銹鋼 工藝參數(shù)
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 選擇性激光熔化技術主要研究方向13
• 1.2.2 SLM成型懸垂結構和多孔結構的缺陷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成型懸垂結構的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 SLM成型多孔結構的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 研究的目的、意義和研究內(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構和多孔結構影響因素21-22
• 2.2.1 能量對懸垂結構和多孔結構成型質(zhì)量的影響21-22
• 2.2.2 成型方法對懸垂結構和多孔結構成型質(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成型懸垂結構和多孔結構的研究方向25-26
• 2.4.1 懸垂結構成型研究方向25
• 2.4.2 多孔結構成型研究方向25-26
• 2.5 本章小結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的三維有限元模型27-32
• 3.2.1 選擇性激光熔化溫度場基本理論27
• 3.2.2 模型描述及模型假設27-28
• 3.2.3 移動激光熱源的模擬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溫度場仿真關鍵問題的處理32-33
• 3.4 有限元仿真模擬研究結果33-39
• 3.4.1 潛熱對單點掃描成型的作用33-35
• 3.4.2 區(qū)分粉末和實體的單熔道對比35-36
• 3.4.3 功率對單熔道的影響36-37
• 3.4.4 曝光時間對單熔道的影響37-38
• 3.4.5 掃描點間距對單熔道的影響38-39
• 3.5 本章小結39-41
• 第4章 SLM成型單道和懸垂結構的研究41-59
• 4.1 實驗設備及材料41-43
• 4.1.1 實驗設備41-42
• 4.1.2 實驗材料42-43
• 4.2 單道掃描成型實驗43-49
• 4.2.1 單道掃描成型原理及研究內(nèi)容43-44
• 4.2.2 單道掃描實驗研究44-49
• 4.3 成型懸垂結構的研究49-53
• 4.3.1 SLM成型懸垂結構的理論分析49-50
• 4.3.2 傾斜角度與能量輸入對懸垂結構的影響50-53
• 4.4 傾斜圓柱的可成型性研究53-56
• 4.4.1 層間重疊長度和懸垂長度53-54
• 4.4.2 支柱的可成型性分析及實驗驗證54-56
• 4.5 SLM成型懸垂結構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58-59
• 第5章 可控多孔結構的設計與SLM成型59-77
• 5.1 引言59
• 5.2 可控多孔結構的設計需求59-60
• 5.3 可控多孔結構的設計60-64
• 5.3.1 可控多孔結構的形狀確定60-61
• 5.3.2 單元體高度的確定61-63
• 5.3.3 多孔結構的孔隙率63-64
• 5.4 基于SLM的可控多孔結構設計一般原則64-68
• 5.4.1 SLM技術的原理約束64-67
• 5.4.2 通過輪廓補償控制成型質(zhì)量67-68
• 5.5 SLM成型可控多孔結構68-71
• 5.5.1 可控多孔結構單元的成型68-69
• 5.5.2 可控多孔結構整體成型69-71
• 5.6 平面多孔結構的SLM成型71
• 5.7 復雜曲面多孔結構的設計與SLM成型71-75
• 5.7.1 復雜曲面多孔結構的應用需求71-72
• 5.7.2 復雜曲面多孔結構的設計72-74
• 5.7.3 復雜曲面多孔結構的SLM直接成型74-75
• 5.8 本章小結75-77
• 第6章 多孔結構輔助成型懸垂結構77-89
• 6.1 懸垂結構的成型問題77-79
• 6.1.1 懸垂結構成型問題及解決方法77
• 6.1.2 現(xiàn)有支撐結構的分析77-79
• 6.2 可控多孔支撐結構單元體設計79-81
• 6.3 任意復雜懸垂結構的可控多孔支撐設計81-83
• 6.4 可控多孔支撐結構成型優(yōu)化83-85
• 6.4.1 掃描方式的優(yōu)化83-84
• 6.4.2 可控多孔支撐結構成型84-85
• 6.5 可控多孔支撐結構輔助成型懸垂結構85-87
• 6.5.1 可控多孔支撐結構成型懸面85-86
• 6.5.2 可控多孔支撐結構成型復雜懸垂曲面86-87
• 6.6 可控多孔支撐結構優(yōu)化及效果87-88
• 6.7 本章小結88-89
• 第7章 總結與展望89-91
• 7.1 總結89
• 7.2 創(chuàng)新點89-90
• 7.3 展望90-91
• 參考文獻91-95
• 致謝95-97
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果97

【參考文獻】

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本文編號：752581