激光選區(qū)熔化(SLM)過程中,金屬蒸發(fā)產(chǎn)生的反沖壓力會改變?nèi)鄢氐臒崃W(xué)行為,導(dǎo)致零件缺陷。以316L不銹鋼粉末為對象,通過數(shù)值模擬和試驗測試,分析了不同激光工藝參數(shù)下反沖壓力對熔池溫度場和速度場的影響規(guī)律。其中,數(shù)值模型基于VOF多相流原理,充分考慮金屬蒸發(fā)的反沖壓力,同時結(jié)合了界面追蹤熱源模型。結(jié)果表明:固定激光線能量密度為300J/m時,較大的掃描速度(1.0m/s)會得到沿掃描方向更大范圍的熔池,也會產(chǎn)生更深的凹陷;當(dāng)激光掃描速度一定時(1.0m/s),熔池凹陷深度隨激光功率增大而增大;并且凹陷深度越大,熔池深度越大,但沿掃描方向的熔池范圍、熔化道表面形貌和寬度變化不大。

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【部分圖文】：

圖1 表面追蹤熱源示意圖

由于SLM采用的是粉末狀材料，金屬的粉末粒徑，空間位置具有隨機分布的特征。此外，粉末之間和粉末與基板之間都是點接觸，熱量并不是像體熱源那樣瞬時傳遞到基板當(dāng)中的。在基板還未受到明顯加熱之前，與激光相接觸的金屬粉末層可能已經(jīng)到達了很高的溫度甚至產(chǎn)生蒸發(fā)，這種傳熱過程與在采用焊接熱源模....

圖2 幾何模型初始化

基于自由落體法[22]，實現(xiàn)SLM粉末床的初始填充。圖2為粉末顆粒在0.8mm×0.2mm×0.2mm金屬基板上的初始填充狀態(tài)。其中，氣相區(qū)域為80μm，粉末的平均粒徑為28.9μm，服從正態(tài)分布。激光熱源將從初始時刻開始添加到模型中，并沿著x軸的正方向移動。2試驗驗證

圖3 316 L不銹鋼粉末微觀形貌

試驗所用材料為316L不銹鋼粉末，形貌如圖3所示，平均粒徑約32μm，采用自主研發(fā)的SLM150設(shè)備進行試驗。由于課題組前期已經(jīng)對該材料進行過較為詳細的單道、多道、塊體及致密度和力學(xué)性能等試驗研究[23]，其中得出激光功率和掃描速度分別約為150W和0.5m/s時(線能量密....

圖6 不同線激光功率(250 W和350 W)的流場與溫度場及其對應(yīng)的縱截面視圖

圖5和圖6中也給出了相應(yīng)超景深光學(xué)顯微鏡下觀測到的熔化道橫截面形貌。雖然在SLM試驗中難以直接觀察與測量熔池的凹陷深度，也僅有少數(shù)研究團隊能夠?qū)θ鄢匦蚊病⑤喞�、溫度等在線參數(shù)進行提取[27-28]。但從以上模擬結(jié)果來看，熔池凹陷最深的位置也對應(yīng)著熔池最深的位置，即圖5和圖6中黑色....

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