王 霞 王 维

（1.沈阳工业大学 机械工程学院，沈阳 110870；2.沈阳航空航天大学 机电工程学院，沈阳 110136）

激光同轴送粉增材制造是利用高能激光束熔化同步送进的金属粉末，使其在基板上逐点、逐线、逐层成型构件[1-2]。在成型过程中，材料会经历快速冷热循环的变化。试件中温度分布极不均匀，温度场随时间不断变化，导致残余应力和变形累积[3-4]。因此，需要深入分析试样高度尺寸较大时增材制造过程中温度场的传热特性，为应力变形的分析奠定基础，为实际增材制造工艺的制定提供理论指导。

本文采用ANSYS Mechanical中的ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parametric Design Language，APDL），对激光同轴送粉增材制造较高试样过程中的瞬态温度进行有限元仿真，观察温度场变化趋势，分析节点温度的变化规律和温度场传热特性。

1 有限元模型建立

有限元模型和扫描方式如图1所示。其中，基板尺寸为214 mm×42 mm×6 mm，增材试样尺寸为32 mm×22 mm×38 mm。在APDL程序编制中，利用生死单元法来模拟增材过程。网格选用SOLID70，增材试样单元大小为2 mm×2 mm×0.5 mm，基板单元中，距离试样越远，网格划分越大。试样划分为76层，整体包含19 584个节点，16 226个单元。制造工艺参数为激光功率1 200 W、扫描速率8 mm ·s-1、光斑直径4 mm、扫描道间距2 mm以及单层高度0.5 mm。每层均沿短边往复式扫描，但起光点位置不同，起光位置分别为A～B～C～D～A。基板和粉末材料均选用TC4，其密度、比热和导热系数选自参考文献[5]。

图1 有限元模型和扫描方式

2 结果与讨论

2.1 不同时间点温度场分析

4个时间点的温度分布云图，如图2所示。此时，激光光斑基本位于每一层的中间位置。……