ansys 選區(qū)激光熔化
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys 選區(qū)激光熔化的實(shí)例教程
在全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)product.nanjixiong.com里，永年激光推出了桌面型精密選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)YLM-160s。
目前，國(guó)內(nèi)外的金屬3D打印機(jī)廠商都在朝著大型化的方向發(fā)展，對(duì)于桌面型和小型金屬成形機(jī)有所忽略，即便有推出小型金屬3D打印機(jī)，成形體積一般也非常小（50x50x50mm3），另外還存在成形粉體不可變，精度有待提高等問(wèn)題。
實(shí)際上，我國(guó)的工業(yè)、科研和教學(xué)等領(lǐng)域都需要桌面型、大成形體積、可變粉體、高精度的3D金屬打印設(shè)備。如果有一款設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)緊湊、可變成形粉體、精度好、成形效率高而具有足夠大的掃描成形空間大的微小型設(shè)備，一定會(huì)非常受歡迎。但這樣的設(shè)備設(shè)計(jì)和制造難度高，須有長(zhǎng)期從事3D金屬打印設(shè)備生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)來(lái)完成。
江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司在近10年的選區(qū)激光熔化（SLM）研發(fā)基礎(chǔ)上，摒棄傳統(tǒng)的SLM設(shè)備的成形缸系統(tǒng)，采用擁有自主發(fā)明專利的“型-形技術(shù)”，即M/S——Model/Shape技術(shù)，完成從SLM到SLM-M/S的技術(shù)提升，經(jīng)過(guò)大量的開(kāi)發(fā)，順利完成超大成形粉體的金屬桌面機(jī)的生產(chǎn)。
△永年激光桌面型精密選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)YLM-160s
YLM-160s設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域：
工業(yè)領(lǐng)域：注塑模和吹塑模小型插件等，工業(yè)用金屬結(jié)構(gòu)件，其成形空間應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50mm立方，達(dá)到了160x160x200mm3的水平；
醫(yī)療器械：體內(nèi)外假肢和關(guān)節(jié)、齒科義齒等
科研領(lǐng)域：材料研究需小型可變粉體的3D金屬打印設(shè)備，以節(jié)省寶貴的測(cè)試金屬粉末；由于實(shí)驗(yàn)室面積的限制，研究領(lǐng)域更傾向小型機(jī)或桌面機(jī)；
教學(xué)領(lǐng)域：高等學(xué)校的實(shí)訓(xùn)、技師和技工培訓(xùn)和競(jìng)技大賽等對(duì)桌面機(jī)的需求是很迫切的。
展開(kāi) 搭接率、掃描速度、溫度場(chǎng)
選區(qū)激光熔化成形技術(shù)（SelectiveLaser Melting，簡(jiǎn)稱SLM）是近十幾年才發(fā)展起來(lái)的新型快速成形（RapidPrototyping）技術(shù)。該技術(shù)能直接制造形狀復(fù)雜、機(jī)械性能良好、高精度、致密度近100%的金屬零件，無(wú)需或僅需簡(jiǎn)單后處理（如噴砂、拋光等）即可直接投入實(shí)際使用。
SLM成形過(guò)程中溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬
計(jì)算模型的尺寸為2.4×1.2×2.62mm3，成形區(qū)的尺寸為1.8×0.6×0.12mm3，共六層，層厚為0.02mm，其掃描方式為隔層交替掃描，相位角為 90°，如圖1 所示。SLM技術(shù)是一種預(yù)鋪粉的快速成形技術(shù)，必須考慮到粉末對(duì)已成形區(qū)的導(dǎo)熱作用和自身被預(yù)熱過(guò)程。在本模型中成形層周圍的粉末寬度取為0.3mm，由于粉末的熱導(dǎo)率很低，這個(gè)寬度已經(jīng)能較好反映粉床對(duì)成形區(qū)溫度的影響。為了更準(zhǔn)確的分析激光加工過(guò)程中熱擴(kuò)散行為，模型基底的尺寸相對(duì)比較大為2.4×1.2×2.62mm3。成形層與粉床的單元尺寸為0.05×0.05×0.02mm3，遠(yuǎn)離成形層的網(wǎng)格的劃分相對(duì)粗糙些，這即保證了足夠的計(jì)算精度，同時(shí)也避免了計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
展開(kāi) 今天為大家深度解析選區(qū)激光熔化技術(shù)，相信各位光學(xué)人一定從里面獲得更多的收獲吧！選區(qū)熔化成形技術(shù)是3D打印技術(shù)的一種，它打破傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床加工模式，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物零件。
原理
激光選區(qū)熔化成形技術(shù)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的激光增材制造技術(shù)。通過(guò)專用軟件對(duì)零件三維數(shù)模進(jìn)行切片分層，獲得各截面的輪廓數(shù)據(jù)后，利用高能量激光束根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過(guò)逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實(shí)體零件。
圖1和圖2分別是激光選區(qū)熔化成形零件示意圖和原理示意圖。如圖2所示，零件的三維數(shù)模完成切片分層處理并導(dǎo)入成形設(shè)備后，水平刮板首先把薄薄的一層金屬粉末均勻地鋪在基板上，高能量激光束按照三維數(shù)模當(dāng)前層的數(shù)據(jù)信息選擇性地熔化基板上的粉末，成形出零件當(dāng)前層的形狀，然后水平刮板在已加工好的層面上再鋪一層金屬粉末，高能束激光按照數(shù)模的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化，如此往復(fù)循環(huán)直至整個(gè)零件完成制造。
圖1 激光選區(qū)熔化成形零件示意圖
圖2 激光選區(qū)熔化成形基本原理示意圖
特點(diǎn)
圖3為激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造的零件。激光選區(qū)熔化成形技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造工藝的變形成形和去除成形的常規(guī)思路，可根據(jù)零件三維數(shù)模，利用金屬粉末無(wú)需任何工裝夾具和模具，直接獲得任意復(fù)雜形狀的實(shí)體零件，實(shí)現(xiàn)“凈成形”的材料加工新理念，特別適用于制造具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的難加工鈦合金、高溫合金等零件。
展開(kāi) 二、研究方法
1.離散元方法構(gòu)建粉床模型（FLOW-3D -DEM）
2.確定激光選區(qū)熔化的邊界條件，構(gòu)建熱流CFD模型（FLOW-3D -Weld）
3.使用上述模型研究單道、多道熔池的溫度場(chǎng)和流動(dòng)行為
三、研究結(jié)果 - 單道熔池形貌仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比
熔池形態(tài)對(duì)比
冷卻速率分布
固相率分布
四、研究結(jié)果 - 單道熔池孔隙形成
孔隙現(xiàn)象也會(huì)隨著不同的能量密度以及預(yù)熱情況而產(chǎn)生變化。幾種具有代表性的工藝參數(shù)條件下孔隙形成的截面圖（Y-Z平面）如圖所示。
五、研究結(jié)果 – 裂紋
凝固方式：邊緣由外向內(nèi)/中線沿著掃描方向
裂紋更易從中心線處擴(kuò)展產(chǎn)生
不同預(yù)熱下X/Y/Z矢量溫度梯度分布
六、研究結(jié)果 – 單道熔池凝固條件
隨著預(yù)熱溫度的增加，熔池邊緣的冷卻速率從200°C的2.2×10^6K/s減小到700°C下的5.3×10^5K/s，降低的冷卻速率導(dǎo)致更淺但更寬的熔池中較低的拉應(yīng)力和減少的液化開(kāi)裂敏感性。
200°C預(yù)熱條件下的溫度梯度從頭部的8.8×10^6K/m減少到尾部附近約5.3×10^6K/m的“黃色水平”。相比之下，700°C預(yù)熱條件下，溫度梯度減少到約3×10^6K/m的“青色水平”。如圖所示觀察到高預(yù)熱溫度增加了長(zhǎng)度，形成了更均勻的熱場(chǎng)。
展開(kāi) Double-phase refractory medium entropy alloy NbMoTi via selective laser melting (SLM) additive manufacturing
Yinan Chen a, Bo Li
本篇論文介紹了利用激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)，成功制造出雙相難熔中熵合金NbMoTi。
由于其高熔點(diǎn)，單一BCC相元素金屬的制造難度大，同時(shí)單一相元素金屬的性質(zhì)單一，限制了合金的性能。因此，本研究探討Nb、Mo和混合MoNbTi粉末的成型分析，F(xiàn)LOW-3D模擬首次成功證明了，利用激光加工可以從粉末混合物中原位合金化生產(chǎn)MoNbTi中熵合金。通過(guò)數(shù)值仿真優(yōu)化制造參數(shù)，從而縮短流程設(shè)計(jì)周期。此外，本研究分析了非平衡固化過(guò)程中MoNbTi合金樣品的雙相微觀結(jié)構(gòu)。
金屬材料規(guī)格如下。
實(shí)驗(yàn)方式
將Nb、Mo和Ti粉末混合，并通過(guò)三維粉末混合機(jī)進(jìn)行攪拌36小時(shí)，得到混合粉末。
通過(guò)數(shù)值模擬（FLOW-3D）確定優(yōu)化的加工參數(shù)，如激光功率、掃描速度、掃描間距和層厚等。
以SLM技術(shù)制備出Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品，并使用阿基米德測(cè)量法測(cè)量了它們的密度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的加工參數(shù)可以成功制備出高密度的Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品。
參數(shù)設(shè)計(jì)
以FLOW-3D進(jìn)行數(shù)值模擬來(lái)確認(rèn)加工參數(shù)。通過(guò)改變掃描速度、掃描間距和層厚等參數(shù)，模擬出不同參數(shù)下元素Nb的熔池變化情況。當(dāng)掃描速度降低時(shí)，熔池的幾何尺寸增加，熔池的液面下降。在速度為300mm/s時(shí)，熔池的瞬時(shí)最高溫度為4261K，且成功完成SLM成形。當(dāng)速度下降到200mm/s時(shí)，液面凹陷，成形效果較差。
展開(kāi) 
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Double-phase refractory medium entropy alloy NbMoTi via selective laser melting (SLM) additive manufacturing
Yinan Chen a, Bo Li
本篇論文介紹了利用激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)，成功制造出雙相難熔中熵合金NbMoTi。
由于其高熔點(diǎn)，
Weihao Wang, et al. Mesoscopic evolution of molten pool during selective laser melting of superalloy Inconel 738 at elevating preheating temperature
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110355
在全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)product.nanjixiong.com里，永年激光推出了桌面型精密選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)YLM-160s。
目前，國(guó)內(nèi)外的金屬3D打印機(jī)廠商都在朝著大型化的方向發(fā)展，對(duì)于桌面型和小型金屬成形機(jī)有所忽略，即便有推出小型金屬3D打印機(jī)，成形體積一般也非常小（50x50x50mm3），另外還存在成形粉體不可變，精度有待提高等問(wèn)題
視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過(guò)程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對(duì)激光選區(qū)熔化鋪粉過(guò)程及單道熔覆層的形成過(guò)程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個(gè)參數(shù)對(duì)打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機(jī)理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)
視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過(guò)程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對(duì)激光選區(qū)熔化鋪粉過(guò)程及單道熔覆層的形成過(guò)程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個(gè)參數(shù)對(duì)打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機(jī)理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)
視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過(guò)程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對(duì)激光選區(qū)熔化鋪粉過(guò)程及單道熔覆層的形成過(guò)程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個(gè)參數(shù)對(duì)打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機(jī)理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)
搭接率、掃描速度、溫度場(chǎng)
選區(qū)激光熔化成形技術(shù)（SelectiveLaser Melting，簡(jiǎn)稱SLM）是近十幾年才發(fā)展起來(lái)的新型快速成形（RapidPrototyping）技術(shù)。該技術(shù)能直接制造形狀復(fù)雜、機(jī)械性能良好、高精度、致密度近100%的金屬零件
今天為大家深度解析選區(qū)激光熔化技術(shù)，相信各位光學(xué)人一定從里面獲得更多的收獲吧！選區(qū)熔化成形技術(shù)是3D打印技術(shù)的一種，它打破傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床加工模式，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物零件。
原理
激光選區(qū)熔化成形技術(shù)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的激光增材制造技術(shù)。通過(guò)專用軟件對(duì)零件三維數(shù)模進(jìn)行切片分層，獲得各截面的輪廓數(shù)據(jù)后，利用高能量激光束根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)逐層選擇性地熔化金屬粉末
