基于自适应网格法的选择性激光熔化过程温度场效应分析

本文摘要：选择性激光熔融（SLM）技术是一种很有前途的增材生产技术。但是确实解读SLM过程之后必须解读金属粉末、热传递以及温度场构成之间的相互关系。华中科技大学段伟等人仿真了TC4粉体空心圆筒SLM过程中的温度场产于。基于自适应网格技术建构形状零件，并分析温度随时间的变化。 本研究使用了一种改良的SLM过程温度场仿真模型。还包括粉末向颗粒子模型的改变和移动体积高斯分布热源子模型。

选择性激光熔融（SLM）技术是一种很有前途的增材生产技术。但是确实解读SLM过程之后必须解读金属粉末、热传递以及温度场构成之间的相互关系。华中科技大学段伟等人仿真了TC4粉体空心圆筒SLM过程中的温度场产于。基于自适应网格技术建构形状零件，并分析温度随时间的变化。

本研究使用了一种改良的SLM过程温度场仿真模型。还包括粉末向颗粒子模型的改变和移动体积高斯分布热源子模型。同时为了提升计算出来效率，在仿真过程中，最重要区域的网格重构保证建模精度，并且非关键区域网格粗化增加了数据存储和输入。

因此，建模中使用了全螺纹树根（Fullythreadedtree）技术作为自适应网格策略。网格细化或粗化依赖动态某一区域的温度。如果温度更高比一个设定值，特定区域的网格将细化，否则粗化，如图1（a）。图1（b）（c）表明了仿真结果中圆桶内外圈产于情况。

建模结果表明，在筒体零件SLM过程中，内粉床温度是显著低于外部的。图1：（a）自适应网格的细化和粗化（b）粉床SLM过程中网格的填满和粗化（c）粉床表面测点温度熔池在SLM过程中有所不同时刻的仿真结果如图2右图。从图2（a）（b）中可以十分确切地看见熔池的基本形貌，其熔池直径在60um左右，深度为30um。而且熔池不存在着温度不对称性。

从图2（c）中可以显现出，附近圆桶内壁的熔池温度场各深度的温度点广泛比附近外部的温度点低了200度。这是空心圆桶内部的保温效果所造成的结果。图2：（a）除去粉末层的SLM过程中网格的填满和粗化（b）熔池温度场（c）熔池深度方向的点测温度本研究将FTT自适应网格技术应用于SLM温度场仿真。

对SLM过程中的网格细化、粗化和熔池展开了研究。此法可以极大地提高计算出来效率和精度，对于解决问题简单构件SLM过程的温度场仿真问题获取了新的解决问题思路。

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