編號：FTJS10160
篇名：激光選區(qū)熔化鋪粉過程的數(shù)值模擬及粉層表征
作者：劉海林 易敏 王建祥 易新
關(guān)鍵詞： 激光選區(qū)熔化 鋪粉 離散元 顆粒流動性 粉層表征
機構(gòu)： 北京大學(xué)工學(xué)院力學(xué)與工程科學(xué)系 中國兵器工業(yè)導(dǎo)航與控制技術(shù)研究所 南京航空航天大學(xué)航空學(xué)院 北京大學(xué)南昌創(chuàng)新研究院
摘要： 激光選區(qū)熔化作為一種先進(jìn)的金屬增材制造技術(shù),可用于快速制備力學(xué)性能優(yōu)良且形狀復(fù)雜的金屬零件.激光選區(qū)熔化成形性能優(yōu)異零件的基礎(chǔ)條件之一是金屬粉層顆粒緊密均勻排布,而粉層顆粒的排布情況受顆粒流動性、鋪粉速率和粉層厚度等因素的影響.本文構(gòu)建了用于獲取顆粒性質(zhì)、分析鋪粉工藝對粉層質(zhì)量的影響和高效模擬多層鋪粉的離散元計算模型.通過對比金屬鎢顆粒粉堆休止角和致密度的模擬與實驗結(jié)果,得到了金屬鎢顆粒的滾動摩擦系數(shù)和表面能密度,闡釋了滾動摩擦系數(shù)和表面能密度對金屬鎢顆粒流動性的影響機制,完善了鋪粉離散元模擬需要的物性參數(shù).使用單層鋪粉離散元模型研究了鋪粉速率和粉層厚度對粉層質(zhì)量的影響,通過對粉層密度、配位數(shù)分布、粉層表面粗糙度和粉層均勻性的表征,確定了使粉層顆粒緊密均勻排布的鋪粉工藝窗口.構(gòu)建了高效多層鋪粉離散元新模型,該模型能夠準(zhǔn)確刻畫已熔化粉體的粗糙表面,識別完全未熔化顆粒,并使用可移動球顆粒表示完全未熔化金屬顆粒,消除了完全未熔化顆粒不可移動的非物理限制,顯著提高了多層鋪粉離散元模擬的效率與擬真程度.
