选择性激光熔化过程中铺粉的数值模拟研究

摘要： 由于选择性激光熔化（SLM）成形过程涉及切片的快速熔融与凝固，该工艺对粉末层的致密性、均匀性与平整度要求极高。基于离散元方法（颗粒接触力模型、颗粒碰撞判断算法及颗粒运动方程）并结合SLM铺粉工艺，开展了SLM铺粉过程的数值模拟研究。针对TC4钛合金粉末的性能测试实验，计算分析了粉末松装密度、振实密度与休止角。研究发现振实密度较松装密度提升7.5%，计算所得平均休止角（32.6°）与实验数据（33.2°）吻合良好，验证了SLM铺粉计算模型的准确性。通过计算分析不同刮刀方式与刮粉速度对铺粉质量的影响，发现采用非旋转滚筒刮刀方式可获得最高致密性与最均匀的粉末分布，且随着刮粉速度提升，铺粉致密性呈线性下降趋势。该SLM铺粉过程的数值模拟研究成果可用于指导实际SLM铺粉工艺，亦可作为基于颗粒尺度的SLM熔池动力学数值模拟的基础数据。