武　帅，张　俊，贾亚龙，王　翔

(中国科学技术大学 精密机械及精密仪器系，安徽 合肥 230027)

Effects of Unbalanced Thermal Field on Manufacturing Processes in Selective Laser Sintering

WU Shuai，ZHANG Jun，JIA Yalong，WANG Xiang

(Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China)

选区激光烧结的不均匀温度场对成形过程的影响分析

武帅，张俊，贾亚龙，王翔

(中国科学技术大学 精密机械及精密仪器系，安徽 合肥 230027)

Effects of Unbalanced Thermal Field on Manufacturing Processes in Selective Laser Sintering

WU Shuai，ZHANG Jun，JIA Yalong，WANG Xiang

(Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China)

摘要：选区激光烧结过程中，不均匀温度场引起的应力和变形是制约成型质量，影响成型精度的重要因素。通过有限元仿真，分析了不同扫描方式和预热保温温度情况下激光烧结的温度场，同时结合实验对不同扫描方式和预热保温温度下的应力和变形做出分析和计算。仿真和实验表明，预热保温能够有效减小烧结物的热应力，同时采用长短线交叉的扫描方式得到的烧结物应力和变形最小。

关键词：选区激光烧结；温度场；有限元方法；仿真

中图分类号：TB44

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)07-0019-05

收稿日期：2015-03-30

作者简介：武帅(1991-)，男，安徽宿州人，硕士研究生，研究方向为快速成型技术；王翔(1964-)，男，安徽合肥人，副教授，研究方向为光学测量及光机电一体化技术、微纳米制造技术、光(快速)成型技术。

Abstract：Stress and deformation resulting from an unbalanced thermal field have a significant effect on quality and precision in selective laser sintering. In this paper, the finite element method is applied to simulate thermal fields in different scan patterns and temperature of pre-heating and keeping warm. Meanwhile, experiments are performed to analyze and calculate stress and deformation. According to simulations and experiments, pre-heating and keeping warm can decrease the thermal stress effectively and scanning in the x-direction and the y-direction alternately can minimize the stress and deformation.

Key words：selective laser sintering; thermal field; finite element method; simulation

0引言

选区激光烧结成形是通过激光束扫描粉末材料，使其熔融粘接形成三维零件的加工方法。因其成形材料广泛，零件机械性能好等优点受到广泛关注[1-2]。

激光烧结过程中，由于激光光斑较小，粉末材料熔结区域的加热、冷却速度快，烧结成形实际是具有大温度梯度的不均匀温度场的作用过程。加热冷却过程产生的热应力，不仅会引起已烧结部分的翘曲变形影响逐层烧结的有效进行，而且还会影响烧结件的性能。……