数值模拟在SLM成型过程中的应用分析

亚洲工业网讯 SLM成型过程温度可达到几百上千度，温度变化较大，容易产生热应变、热应力，致使SLM成型件内部存在残余应力。如果SLM成型过程控制不好，容易产生层间结合不好，导致成型过程失败。在SLM成型过程中，激光束在极短时间内熔化金属粉末，金属熔点高，温度动态变化就需要很大，于是成型过程中的热应力、热应变也会实时变化。SLM成型过程中会发生裂纹、翘曲、脱层等问题，致使其成型过程失败或成型件机械性能下降，这主要是因为SLM成型过程中温度梯度、热应力和热应变较大。

由于在实验中很大测得应力、应变的值，因此利用有限元模拟法查看应力、应变，可以预测SLM成型过程中可能产生的缺陷与变形。用理论的方法借助有限元数值模拟方法来研究SLM成型过程，揭示温度场、热应力场、热应变场的分布情况为优化工艺参数、预测防止缺陷提供了重要的技术手段，为SLM技术提供理论支持。

利用有限元模拟软件模拟SLM成型过程，可以有效直观的获得SLM过程瞬态温度场及应力场的变化规律，从而应用到实践中，避免或减少温度梯度过大及应变的产生，可以节约成本节约时间。

之前研究人员对SLM的模拟大多使用ANSYS或者COMSOL，并没有专门应用于SLM的仿真软件，近两年随着金属的打印的火热与研究升入，不少国家推出了金属打印专用的仿真软件。

1.exaSIM

exaSIM由3DSIM公司针对金属3D打印工艺优化而开发，与Sigma Labs共同合作以创建能够检验和保证3D打印金属部件质量可靠的测试与解决方案。

2.Amphyon

Amphyon是德国的创业公司Additive Works开发的基于仿真的金属增材制造预处理软件，能够预测和避免零件在3D打印过程中发生变形、裂纹、表面质量差、密度不足等问题。

3.Stratonics

Stratonics通过硬件与软件的结合实现对打印过程的监测与控制，为了达到对熔池热的监测，与通过相机来逐层拍摄的方法不同的是，针对于LENS技术和SLM技术，Stratonics的高分辨率热成像的感应器是基于双波长的测量感应方法，结果绝对准确，是真实有效的温度测量技术。从而可以获得材料加热熔化过程的温度变化，以及它如何传导热量和如何冷却的详细数据。

4.Simufact Additive

Simufact Additive由日本MSC Software公司开发，该软件可对造型过程中发生的热变形等的影响进行形状及支撑结构的设计，同时具备与从打印床切断部件、去除支撑结构、热等静压（HIP）等工艺有关的功能。