slm3d打印的金属粉末的有限元分析.pptx

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动力机械强度与振动
一、选择性激光熔化打印机的介绍
二、翘曲形变的基本原理
三、物理模型的建立
四、ANSYS模拟结果
五、实验效果
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动力机械强度与振动
一、选择性激光熔化打印机的介绍
选择性激光熔化技术（Selective laser melting tech.）是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。
右图为最新发布的EP-M250工业级金属粉末材料3D打印机，在无需***和模具条件下成形出任意复杂结构和接近100%致密度的金属零件。
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动力机械强度与振动
工作原理
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动力机械强度与振动
二、翘曲形变的基本原理
在激光选区熔化快速成型工艺中，极细小的激光光斑照射在粉末上，使粉末熔化并凝固成实体，由于快热快冷的成型特点，在材料内形成高达108K/s的温度梯度，从而形成较大的热应力，并且高温使得材料的屈服强度降低，当应力大于材料的屈服极限时，材料就会发生翘曲变形，使得零件与基板、零件与支撑结构或者层与层之间发生开裂，导致成型失败。
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动力机械强度与振动
三、物理模型的建立

（1）粉末颗粒的热物性参数随温度而变化；
（2）316不锈钢粉末组成的粉床看作是均匀且连续的，固体颗粒呈球形且大小相同，相互之间无接触变形；
（3）激光束呈高斯分布且以圆形的热流形式辐照在粉床表面上；
（4）不考虑 SLM 成形腔内保护气体对粉床致密度和比热容的影响；
（5）不考虑金属液相流动对温度分布的影响；
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动力机械强度与振动

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动力机械强度与振动

45号钢的金属基板尺寸为，激光扫描加工的316不锈钢粉末零件为，处于基板的中央位置，该模型共有五条扫描道，每一层均沿Y轴作光栅单向往复式扫描，分析过程中采用SOLID70作为热分析单元，在加工零件上划分的每个网格单元的尺寸为 。
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动力机械强度与振动
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动力机械强度与振动

在选区激光熔融模拟过程中，将激光束的辐射简化为移动热源对粉床表面的热流密度的输入，属于第二类边界条件。粉床表面与周围流体介质之间存在热对流和热辐射，因此模拟计算时又同时存在第三类边界条件和第四类边界条件，可以用下式进行表示：
初始条件：T0=323K
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动力机械强度与振动

SLM过程是一个材料受热、熔化、凝固的过程，其间包含着相变潜热的吸收和释放。相变潜热是指物质由一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。在ANSYS的计算中，一般采用热焓法进行计算，即通过定义材料随温度变化的焓来考虑相变潜热，其公式为：
式中，H 为热焓，ρ为密度，c为材料的比热容，T为温度。
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