氧化鋁/環(huán)氧樹脂混合粉末選擇性激光燒結(jié)的有限元模擬和實(shí)驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間:2021-01-26 10:13
選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(Selective Laser Sintering,SLS)是增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing,AM)的一個(gè)重要分支,在航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。SLS成型方式可分為直接法與間接法,使用間接法可以快速制造出任意形狀的陶瓷零件,這是其他傳統(tǒng)制造方法無法實(shí)現(xiàn)的。目前,間接選擇性激光燒結(jié)陶瓷成型件依然存在一些問題,例如工藝不完善、成型件強(qiáng)度不足等。本文利用有限元模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,以氧化鋁/環(huán)氧樹脂混合粉末為研究對(duì)象,對(duì)SLS成型工藝進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)研究了激光束與粉末材料之間的相互作用及燒結(jié)過程中能量的傳遞過程,發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光的波長增大時(shí),陶瓷材料和環(huán)氧樹脂對(duì)激光能量的吸收率變大。激光束光斑內(nèi)激光光強(qiáng)分布不均勻,光強(qiáng)最大位處于光斑的中心,距離中心越遠(yuǎn),光強(qiáng)強(qiáng)度越低。探討了粉末燒結(jié)的三種成型機(jī)理,發(fā)現(xiàn)SLS技術(shù)中主要是液相燒結(jié)機(jī)制,并研究了實(shí)現(xiàn)液相燒結(jié)的三個(gè)重要條件:潤濕性、溶解度和液相數(shù)量。(2)利用ANSYS有限元分析軟件,建立了氧化鋁/環(huán)氧樹脂混合粉末選擇性激光燒結(jié)過程的有限元模型。使用APDL...
【文章來源】:江蘇大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】:75 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 引言
1.2 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)
1.2.1 基本原理
1.2.2 選擇性激光燒結(jié)的分類
1.2.3 選擇性激光燒結(jié)的特點(diǎn)
1.3 發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1 國外發(fā)展概況
1.3.2 國內(nèi)發(fā)展概況
1.4 研究目的與意義
1.5 研究內(nèi)容
第二章 SLS成型機(jī)理研究
2.1 激光和粉材之間的相互作用
2.1.1 粉材對(duì)激光能量的吸收
2.1.2 激光對(duì)粉材的加熱
2.2 陶瓷粉末間接SLS機(jī)理
2.3 影響成型質(zhì)量的因素
2.4 本章小結(jié)
第三章 氧化鋁粉末間接SLS過程瞬態(tài)模擬
3.1 有限元分析法
3.2 模型的建立
3.2.1 建模與網(wǎng)格劃分
3.2.2 熱源模型
3.2.3 初始條件和邊界條件
3.2.4 材料參數(shù)的確定
3.2.5 相變潛熱和焓
3.3 溫度場瞬態(tài)模擬分析
3.3.1 溫度場模擬流程
3.3.2 燒結(jié)工藝參數(shù)
3.3.3 各個(gè)時(shí)刻的溫度場分析
3.3.4 特征點(diǎn)隨時(shí)間變化的溫度分析
3.4 應(yīng)力場瞬態(tài)模擬分析
3.4.1 應(yīng)力場模擬流程
3.4.2 特征點(diǎn)隨時(shí)間變化的應(yīng)力分析
3.4.3 特征點(diǎn)隨時(shí)間變化的應(yīng)變分析
3.5 SLS燒結(jié)過程影響因素模擬研究
3.5.1 預(yù)熱溫度
3.5.2 激光功率
3.5.3 掃描速度
3.5.4 掃描間距
3.5.5 鋪粉厚度
3.6 本章小結(jié)
第四章 氧化鋁粉末間接SLS工藝優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比研究
4.1 材料的選擇
4.2 材料的制備
4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
4.4 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
4.5 間接SLS成型件質(zhì)量研究
4.5.1 強(qiáng)度分析
4.5.2 精度分析
4.5.3 翹曲變形
4.5.4 最優(yōu)工藝參數(shù)的確定
4.6 成型件翹曲變形模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析
4.7 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
5.1 總結(jié)
5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]陶瓷材料增材制造技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 周汝垚,帥茂兵,蔣馳. 材料導(dǎo)報(bào). 2016(01)
[2]基于SLS技術(shù)的精鑄蠟粉燒結(jié)件翹曲變形研究[J]. 姜樂濤,白培康,王建宏,劉斌. 熱加工工藝. 2014(09)
[3]精鑄蠟粉激光燒結(jié)成型工藝試驗(yàn)研究[J]. 王建宏,夏建強(qiáng),張國偉,白培康,程軍. 鑄造設(shè)備與工藝. 2012(02)
[4]增材制造技術(shù)的發(fā)展[J]. 李滌塵,田小永,王永信,盧秉恒. 電加工與模具. 2012(S1)
[5]激光選區(qū)快速成型技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用[J]. 王雅先. 激光雜志. 2011(03)
[6]金屬粉末激光快速成形技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 尚曉峰,韓冬雪,于福鑫. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2010(05)
[7]基于直接激光金屬燒結(jié)的金屬粉末掃描路徑實(shí)驗(yàn)研究[J]. 凡進(jìn)軍,趙劍峰,肖猛. 熱加工工藝. 2010(13)
[8]國內(nèi)外主要SLS成型材料及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 崔意娟,白培康,王建宏,劉斌. 新技術(shù)新工藝. 2009(04)
[9]激光快速成形過程中熔池形態(tài)的演化[J]. 陳靜,譚華,楊海歐,劉振俠,黃衛(wèi)東. 中國激光. 2007(03)
[10]陶瓷器件的快速原型制造技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 單聯(lián)娟. 江蘇陶瓷. 2005(03)
博士論文
[1]粉末激光快速成形與等靜壓復(fù)合過程工藝與數(shù)值模擬研究[D]. 杜艷迎.華中科技大學(xué) 2011
[2]選擇性激光燒結(jié)間接制造金屬零件研究[D]. 劉錦輝.華中科技大學(xué) 2006
[3]選擇性激光燒結(jié)高分子材料及其制件性能研究[D]. 汪艷.華中科技大學(xué) 2005
本文編號(hào):3000930
【文章來源】:江蘇大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】:75 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 引言
1.2 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)
1.2.1 基本原理
1.2.2 選擇性激光燒結(jié)的分類
1.2.3 選擇性激光燒結(jié)的特點(diǎn)
1.3 發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1 國外發(fā)展概況
1.3.2 國內(nèi)發(fā)展概況
1.4 研究目的與意義
1.5 研究內(nèi)容
第二章 SLS成型機(jī)理研究
2.1 激光和粉材之間的相互作用
2.1.1 粉材對(duì)激光能量的吸收
2.1.2 激光對(duì)粉材的加熱
2.2 陶瓷粉末間接SLS機(jī)理
2.3 影響成型質(zhì)量的因素
2.4 本章小結(jié)
第三章 氧化鋁粉末間接SLS過程瞬態(tài)模擬
3.1 有限元分析法
3.2 模型的建立
3.2.1 建模與網(wǎng)格劃分
3.2.2 熱源模型
3.2.3 初始條件和邊界條件
3.2.4 材料參數(shù)的確定
3.2.5 相變潛熱和焓
3.3 溫度場瞬態(tài)模擬分析
3.3.1 溫度場模擬流程
3.3.2 燒結(jié)工藝參數(shù)
3.3.3 各個(gè)時(shí)刻的溫度場分析
3.3.4 特征點(diǎn)隨時(shí)間變化的溫度分析
3.4 應(yīng)力場瞬態(tài)模擬分析
3.4.1 應(yīng)力場模擬流程
3.4.2 特征點(diǎn)隨時(shí)間變化的應(yīng)力分析
3.4.3 特征點(diǎn)隨時(shí)間變化的應(yīng)變分析
3.5 SLS燒結(jié)過程影響因素模擬研究
3.5.1 預(yù)熱溫度
3.5.2 激光功率
3.5.3 掃描速度
3.5.4 掃描間距
3.5.5 鋪粉厚度
3.6 本章小結(jié)
第四章 氧化鋁粉末間接SLS工藝優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比研究
4.1 材料的選擇
4.2 材料的制備
4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
4.4 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
4.5 間接SLS成型件質(zhì)量研究
4.5.1 強(qiáng)度分析
4.5.2 精度分析
4.5.3 翹曲變形
4.5.4 最優(yōu)工藝參數(shù)的確定
4.6 成型件翹曲變形模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析
4.7 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
5.1 總結(jié)
5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]陶瓷材料增材制造技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 周汝垚,帥茂兵,蔣馳. 材料導(dǎo)報(bào). 2016(01)
[2]基于SLS技術(shù)的精鑄蠟粉燒結(jié)件翹曲變形研究[J]. 姜樂濤,白培康,王建宏,劉斌. 熱加工工藝. 2014(09)
[3]精鑄蠟粉激光燒結(jié)成型工藝試驗(yàn)研究[J]. 王建宏,夏建強(qiáng),張國偉,白培康,程軍. 鑄造設(shè)備與工藝. 2012(02)
[4]增材制造技術(shù)的發(fā)展[J]. 李滌塵,田小永,王永信,盧秉恒. 電加工與模具. 2012(S1)
[5]激光選區(qū)快速成型技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用[J]. 王雅先. 激光雜志. 2011(03)
[6]金屬粉末激光快速成形技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 尚曉峰,韓冬雪,于福鑫. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2010(05)
[7]基于直接激光金屬燒結(jié)的金屬粉末掃描路徑實(shí)驗(yàn)研究[J]. 凡進(jìn)軍,趙劍峰,肖猛. 熱加工工藝. 2010(13)
[8]國內(nèi)外主要SLS成型材料及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 崔意娟,白培康,王建宏,劉斌. 新技術(shù)新工藝. 2009(04)
[9]激光快速成形過程中熔池形態(tài)的演化[J]. 陳靜,譚華,楊海歐,劉振俠,黃衛(wèi)東. 中國激光. 2007(03)
[10]陶瓷器件的快速原型制造技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 單聯(lián)娟. 江蘇陶瓷. 2005(03)
博士論文
[1]粉末激光快速成形與等靜壓復(fù)合過程工藝與數(shù)值模擬研究[D]. 杜艷迎.華中科技大學(xué) 2011
[2]選擇性激光燒結(jié)間接制造金屬零件研究[D]. 劉錦輝.華中科技大學(xué) 2006
[3]選擇性激光燒結(jié)高分子材料及其制件性能研究[D]. 汪艷.華中科技大學(xué) 2005
本文編號(hào):3000930
本文鏈接:http://sikaile.net/projectlw/yjlw/3000930.html
最近更新
教材專著