激光选区熔化(SLM)成型工艺,是近十几年发展起来的一种用于成型尺寸精细、结构复杂金属零件的技术。因为SLM技术脱离了模具限制,且加工工艺不受零件结构的约束,能够直接制造出接近最终成型的零部件,大大降低了复杂结构件从设计到产业化的时间及物资耗费。因此,在医用器械、飞行器结构件及军工装备等精密复杂部件的设计生产中得到了大规模应用。本文采用ANSYS有限元模拟软件,对316L不锈钢SLM成型过程中的温度场及应力场进行模拟,研究了温度及应力变化特点,深入分析了工艺参数与熔池结构变化和成型性能之间的联系。首先,对SLM加工过程中涉及的物理变化进行了分析,在有限单元法的理论基础上,分别构建了单层单道、单层多道以及多层多道的三维瞬态SLM加工有限元模型。模型考虑了材料物性参数随温度的非线性变化、金属粉床与外界的对流换热、加工过程中材料的相变以及由粉末到实体的材料属性转变过程。然后,根据所选取工艺参数进行了316L不锈钢SLM成型实验,并通过对样品进行表面形貌、致密度以及组织成分的检测分析,得出316L不锈钢SLM成型的特点和成型性能。并采用各向异性导热系数法对有限元模型进行了修正,修正后的熔池深度和宽度相对误差分别为7.8%和2.39%。随后,基于有限元模型分别对温度场分布、熔池结构变化特点以及工艺参数变化对温度场分布和熔池尺寸的影响规律进行了模拟分析。模拟结果表明:加工过程中,熔池中心并非处于热源中心,而是向热源移动方向后方偏移约0.02 mm。成型温度与激光功率正相关,且随扫描速度和扫描间距增大而降低。恰当的选择工艺参数,能够在保证加工效率的前提下,得到较好的熔池尺寸,即熔池深度近似为粉层厚度的两倍。此时既能在不同层间形成良好的冶金结合效果,又不至于过度重熔,有利于加工成型。最后,分别模拟分析了不同工艺参数下单层多道以及多层多道加工过程中应力场的演变。成型件的应力主要来源于加工过程中温度急剧变化引起的不均匀变形,成型区域边缘由于受到激光作用次数较少,残余应力较小,成型区域中间处的情况则相反。中间区域残余应力随扫描道次变化呈现出波动现象,相邻两道间隔处残余应力较大,其两侧残余应力较小。相较于传统工艺过程,SLM加工过程中的热循环能够有效降低成型件的残余应力,后一层的成型对前一层成型区域具有去应力退火作用,其去应力退火效果大于40%。