选择性激光烧结预热温度场的数值模拟及实验研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要在选择性激光烧结（SLS）加工过程中，预热是对粉末进行加热的重要措施之一，预热的效果将直接对烧结时间、翘曲情况甚至是制件的加工精度等产生很大的影响。到目前为止，对SLS加热模拟的研究多数集中在烧结过程上，而预热过程的研究还很不完善。本文通过对管式和板式预热装置的加热结构、预热过程中的能量传输机理和粉床表面的辐射热流密度等方面的分析，得出了加热元件的布置对预热过程温度场的均匀性、升温效率的影响。在此基础上建立了预热过程中粉床温度场的三维解析数学模型，并利用该模型采用MATLAB软件对管式和板式预热装置下的粉床受热情况进行了数值模拟。然后根据需要

2、对多种预热装置方案下预热效果进行实验，并将测量所得到的实验数据进行处理与相应的模拟结果不断进行对比，对计算模型予以修正。同时，基于实验更详细的分析了管式预热装置和板式预热装置下温度场分布的特点。通过实验的验证表明该数学模型能够较为准确的计算出粉床温度的分布情况，证明了其正确性。最后，在对管式和板式加热装置多种设计方案下的模拟结果基础上，根据其温度场的特点对这些数据进行分析，选择出相对较合理的优化设计方案。通过实验分析，结果表明经过优化设计后的预热装置起到了明显的效果。在保证了升温速度的前提下，温度场的均匀性有了显著的提高。关键词：选择性激光烧结，预热，温度场，数值模拟，

3、实验研究，MATLABI华中科技大学硕士学位论文AbstractPreheatingpowderbedisanimportantmeasurethatcarriesonheattothepowderintheselectivelasersintering(SLS),theresultofwhichwilldirectlyinfluencethesinteringtimeandwarping,eventheaccuracyofpartsfabricatedinselectivesinteringtechnology.Moststudiesonnumericalsimula

4、tionsoftemperaturefieldinSLSfocusesonthesinteringprocess,buttheresearchofthepreheatingprocessstillverynotperfect.Thisdissertationpresentedtheanalysisthatthemechanism,energytransmissionandfluxdensityetc.oftube-typeandplank-typepreheatingequipment.Therelationbetweentheirradiatorandthedistr

5、ibutionoftemperaturefield,heatingefficiencyinthepreheatingprocesswasobtained.Onthebasisofthese,thethree-dimensioncalculatingmodelsofthermaldistributiondepictingthepreheatingprocesswerereported,andthecalculationoftemperaturefieldofpowderbedwasgivenbyusingMatlab.Thenondifferenttermsofprehe

6、atingequipments,thetestprovesaccordingtothemodelthecalculatingresultsisreasonablyconsistentwithexperimentaldata.Inaddition,accordingtotheexperimentdatathethermaldistributionofthetube-typeandplank-typepreheatingequipmentwasanalyzedindetail.Onthefoundationofsimulationresults,accordingtothe

7、characteristicsoftemperaturefieldanexcellentdesignschemewaschosen.Theoptimizedpreheatingdevicesobviouslyaffectthepreheatingeffect.Underthepremiseoftheheatingstep,uniformityoftemperaturefieldonthesurfaceofpowderbedisimprovedobviously.Keywords:SelectivelasersinteringPreheat