基于Simufact Additive的激光选区熔化成形过程有限元分析

文/门正兴，张学睿·成都航空职业技术学院

包有宇，宋金松·诺世创(北京）技术服务有限公司

为预测激光选区熔化成形(SLM）复杂零件变形及应力分布情况，采用Simufact Additive 软件对316L不锈钢叶轮SLM成形过程进行了有限元分析，得到了叶轮成形过程中成形温度、等效应力变化规律并对零件尺寸偏差进行了预测。对叶轮进行激光选区熔化成形并采用三维激光扫描仪对成形零件开展几何量检测，结果显示：数值模拟分析结果与检测结果相一致，SLM方法成形叶轮最大尺寸偏差出现在叶片顶部外缘，模拟及试验结果与理论模型总体尺寸偏差均在0.2mm以内，该预测结果可以为进一步SLM成形零件尺寸补偿以及工艺过程优化提供依据。

激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)是目前最成熟、成形效率最高、应用最为广泛的金属零件直接增材制造技术，广泛应用于航空航天、医疗、军工以及模具领域的复杂零件试制及中小批量生产。SLM增材制造技术采用小直径球形金属粉末为原材料，能量密度高、光斑小的大功率激光束为热源，通过高精度振镜控制激光束X、Y方向偏转，通过高精度滚珠丝杠副控制工作缸Z方向移动，最终使得SLM技术成形零件精度以及表面粗糙度较高，常用于生产薄壁件、复杂件、内部有复杂流道以及具有点阵结构的零件。

SLM成形过程中金属粉末在高能激光束的作用下，逐层快速熔化后快速凝固，使得成形零件内部产生较大应力，应力在打印过程、零件热处理过程、去基板过程以及去支撑过程中不断释放，最终导致SLM成形零件的尺寸产生偏差，严重的可以导致零件报废。……