基于固有应变法的卫星支架结构SLM变形趋势仿真

选区激光熔化技术为航天器的设计和制造提供了更大的自由度,在成形复杂结构方面具有明显优势。然而,SLM过程中需要添加支撑以保证零件成形,由于金属材料在热力学性能方面与非金属材料有较大差别,成形过程更易变形,因此SLM工艺对材料的热导率、抗变形能力更加敏感。由于缺乏增材制造工艺的标准与规范,现阶段粉末床增材制造仍然沿用传统的“试错”模式,SLM成形带有支撑结构的复杂零件时仍有变形和开裂问题,造成了材料和机器时间的浪费。针对一种拓扑优化结构,在宏观层面上模拟4种不同支撑方案的SLM工艺过程,预测4种方案的应力和变形情况,探索最佳成形方案,最后对比实际打印结果和仿真结果,从而分析仿真模型的精确性和误差来源,为SLM工艺方案的制定提供参考。     

基于选区激光熔化温度场数值模拟的支撑结构优化

添加支撑结构在选区激光熔化中必不可少，零件的悬垂特征需要添加支撑结构，起到固定零件和散热的作用，若悬垂特征热量积聚过大，会导致翘曲变形、塌陷、残余热应力等缺陷。研究了支撑结构对选区激光熔化温度场的影响，并设计优化了一种具有良好综合导热性的支撑结构。首先建立选区激光熔化三维有限元模型；然后研究传统支撑结构对温度场的影响；最后基于数值模拟结果对支撑结构进行设计优化，并通过有限元分析和制造实验进行验证。实验结果表明，与传统的支撑结构相比，由新支撑结构支撑的薄板顶部烧结层平均节点温度最低、温差较小，可表现出良好的综合导热性，且薄板翘曲变形程度显著降低。     

基于SLM快速成型方法的注塑模具随形冷却水路关键技术研究

介绍了注塑模随形水路有关理论及其选择性激光熔化(SLM)成型金属零件的扫描加工原理,提出了用三维CAD软件结合CAE软件设计注塑模具随形水路的简要操作过程,分析了SLM工艺加工含有随形水路的金属模具的优势,研究了SLM工艺激光扫描路径导致金属零件的翘曲变形,提出了抑制翘曲变形及增加金属零件致密度的优化激光扫描路径。     

金属选区激光熔化成型仿真模拟

选区激光熔化金属零件时,不仅要考虑零件的摆放方式,还需添加支撑结构以增加零件的强度,提高其成型稳定性,降低残余应力,防止翘曲变形等问题。为获得合理的摆放方式及优化支撑结构,借助仿真软件,预先模拟不同摆放角度及相应的支撑结构对金属零件变形的影响,依据模拟结果中变形情况及时修正摆放位置和支撑结构,并与实际成型情况比较分析。结果表明,仿真模拟有效预测了选区激光熔化金属零件的变形量,这一手段大大减少了反复实验试错次数,提高生产效率,避免材料消耗,降低生产成本。     

FDM 工艺支撑的添加

FDM和SL工艺在成形加工时需要通过软件添加支撑结构。支撑结构的合理性极大地影响这些工艺的成形质量。研究FDM工艺中支撑的结构形式和添加方式,讨论针对STL模型的支撑自动添加技术研究。根据支撑面的形状特征,对STL模型添加FDM工艺支撑,可以提高FDM支撑的效率和质量。     

激光选区熔化区域连续能量调控扫描方法研究

针对激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形悬垂结构件中存在的翘曲、挂渣等成形质量问题,基于局部区域传热差异性和层间热量传递性研究成形过程中已凝固实体与粉末分布对温度分布的影响,从而对悬垂件的成形进行优化。建立了基于零件几何信息驱动的能量调控优化模型,通过识别模型的几何特征,根据局部区域内的凝固实体和材料粉末的比例计算能量影响因子,实现基于软件自适应调节的变工艺参数的定域定量扫描,最终实现区域能量连续调控与工艺优化。选取典型悬垂件进行316L材料的打印实验作为验证,结果表明相较于未优化的普通扫描方案,基于软件自动能量调控的优化扫描方案可以提高小于45°倾角的悬垂结构件的成形质量,成形40°悬垂结构件时,变参数成形的悬垂面面平均粗糙度Sa(Surface average roughness)达24.03μm,相比定参数成形的Sa为46.32μm,表面光洁度明显提高;同时可无支撑成形8 mm跨度的水平悬垂件。     

光固化快速成型中零件非水平下表面的支撑设计规则研究

激光固化快速成型制造中,支撑结构设计的优劣极大影响原型的制作精度。首先通过分析非水平下表面的分层制作过程,研究了其翘曲变形的机理。利用可仿真成型过程中层间力学行为的有限元计算模型,对层间悬臂量与翘曲变形量的关系进行了有限元计算仿真与试验验证。针对激光成型过程中零件需要支撑的非水平下表面,从激光固化快速成型制造中支撑结构的作用出发,以成型精度为设计目标,通过有限元计算仿真、试验验证等手段研究提出了针对零件中非水平下表面的支撑结构形式、布局及支撑间距等支撑设计规则。通过试验验证,按该规则对零件的非水平下表面进行支撑结构设计,可有效地保证激光固化快速成型的制作质量。     

FDM快速成型工艺支撑结构参数的实验研究

支撑添加技术决定着打印零件的成败,是熔融沉积(FDM)工艺中一项关键技术.支撑的作用主要是保持零件形状、减少翘曲变形.支撑只是一种辅助结构,打印完成后应便于去除.为了进行支撑工艺参数的优化研究,讨论了支撑的添加规则,通过正交试验对FDM工艺中支撑添加技术进行研究,得到了使支撑易于去除的最佳工艺参数.并通过试验确定了零件悬空部分不加支撑即可成形的极限尺寸,具有重要的实际参考价值.     

铝合金激光选区熔化成型能力研究

为了探究激光选区熔化(SLM)技术在无支撑条件下铝合金零件的工艺成型能力,为后续基于铝合金SLM技术的结构设计奠定基础,开展了系列典型工艺单元件的设计与制造。在综合考虑零件摆向方位、悬端角度、开孔形状与大小等因素的基础上,采用Xline 2000 R设备在优化的工艺参数下选用AlSi10Mg粉末对这些典型工艺单元件进行激光选区熔化。通过典型工艺单元件的制造研究,得出了系列能够指导基于铝合金SLM技术进行结构设计的有益结论。该研究为后续基于铝合金SLM技术进行复杂零件的设计与制造奠定基础。     

熔融沉积快速成型的支撑优化工艺方法研究

熔融沉积成型技术(Fused deposition modeling,FDM)近年来在多个领域得到了广泛的应用,但制造过程中的悬空结构需要通过添加支撑用来支持悬空部分使成型过程顺利进行。而支撑结构不仅浪费成型材料,降低成型效率,最后在去除支撑结构时也会破坏制件的表面质量。因此从FDM技术的工艺特点出发,以减少使用支撑结构为目标,通过优化过程规划的工艺参数,提出一种针对熔融沉积成型技术的自适应支撑优化工艺方法。结果表明该方法有效地减少了支撑的使用量。