蔡令令，丁浩亮，孟 娟，温 馨，严 波*

(1. 上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200030；2. 航天材料及工艺研究所，北京 100076)

0 引言

与传统注塑成型制品相比，塑料粉末选择性激光烧结(SLS)工艺产品质量较差[1]，受关注最多的是产品的翘曲问题。学者们不仅通过实验的方法研究了SLS工艺过程中的翘曲变形问题[2]，也通过数值模拟方法研究了工艺参数和扫描方式对翘曲变形的影响[3-5]。对烧结件翘曲的研究离不开对SLS温度场和应力场的研究，Peyre等[6]使用数值模拟和实验相结合的方法，研究了PA12和PEEK的温度场变化。Liu等[7]基于离散元素法(DEM)建立了精确的三维数值模拟模型，研究了聚合物SLS的热传导过程。Amado等[8]模拟了PP材料在SLS过程中的非等温结晶及其引起的翘曲变形。温彤等[9]通过数值模拟和实验方法研究了ABS粉末烧结过程的温度场演化、制件的翘曲变形。赵岩[10]建立了陶瓷粉末SLS的三维瞬态温度场和残余应力场的计算模型。Zhang等[11]建立了PA6/Cu复合粉末的有限元模型，提出了避免烧结件翘曲的有效措施。

本文建立了SLS过程的温度场、热弹性残余应力场和翘曲的有限元计算模型，采用C++自主开发了数值模拟软件，模拟了SLS温度场和翘曲，改进了在温度场计算过程中的移动热源加载算法，通过数值算例研究了制件翘曲变形的影响因素及规律，如制件厚度、扫描路径以及激光功率对烧结制件翘曲的影响。

1 传热模型

SLS过程伴随着铺粉和激光扫描、计算区域变化、激光热源移动。

1.1 温度场方程及有限元计算格式

塑料粉末的烧结过程中，三维瞬态温度场的微分方程和边界条件为：