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采用无网格法模拟单道次选区激光熔化过程中的温度分布与凝固熔覆层

DOI：10.1063/1.5096041 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 温度分布与凝固熔道形成对单道次选区激光熔化（SLM）具有重要影响。本研究采用光滑粒子流体动力学方法，建立了瞬态三维数值模型来模拟温度场演变与凝固熔道形成过程，并系统研究了激光功率、扫描速度、孔隙率及粉末层厚度等工艺参数的影响规律。结果表明：随着粉末材料熔化，凝固熔道逐渐形成，在扫描过程中受表面张力作用其形貌由初始平面状转变为半圆柱形轨迹。同时，未熔粉末层与基材之间存在温度分布不连续现象。SLM过程中，随着激光功率增大和粉末层孔隙率增加，温度分布与凝固熔道变形均加剧；而提高扫描速度和粉末层厚度则倾向于抑制两者发展。在相同工艺参数下开展的凝固熔道变形分布与熔池尺寸实验，其结果与模拟结论高度吻合。
作者： Shibai Liu，Jichang Liu，Lijun Qi，Jinxuan Chen
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研究概述 实验方案

研究目的

采用无网格方法（具体为光滑粒子流体动力学法SPH）模拟并分析单道次选区激光熔化（SLM）过程中的温度分布及熔池凝固行为，研究不同工艺参数对这些现象的影响。

研究成果

该研究利用SPH方法成功模拟了选择性激光熔化过程中的温度分布及熔覆道凝固成形。当粉末材料熔化时形成熔覆道，并因表面张力作用改变形状。温度分布与熔覆道形变量随激光功率和粉末层孔隙率增加而增大，但随扫描速度和粉末层厚度增加而减小。实验结果基本验证了模拟结论，尽管因未考虑某些因素仍存在部分差异。

研究不足

该模型忽略了后坐压力、粉末汽化等多个因素的影响，也未考虑熔池形态的波动效应及湍流影响。此外，实验中保持粉末层厚度与孔隙率的均匀分布也具有挑战性。

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