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

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。