激光选区熔化铜合金多道成形的熔池行为和缺陷机理

目的针对激光选区熔化成形铜合金零件中孔隙缺陷的质量问题,研究不同扫描间距下多道熔池的动力学行为,以及不规则未熔合孔隙缺陷的生成机制。方法构建多物理场的高保真数值模型,采用离散元法搭建粉末床,结合两相流法追踪金属相自由表面,并通过射线追踪算法研究多道成形时的全局吸收率,深入分析扫描间距对熔池演变以及未熔合孔隙缺陷的影响。结果前一熔道的扫描对后一熔道有预热效果,因此第2熔道的宽度和吸收率总是大于第1道。随着扫描间距的增加,热积累效应减弱,第2道熔池的宽度和深度随之减小。扫描间距小会增加熔道间的重叠部分,不利于提升零件的构建速率,但无限地增加扫描间距会导致未熔化孔隙缺陷。通过对比70、100、130μm扫描间距下的成形熔道发现,70μm熔道的搭接率接近50%,100μm能形成良好的搭接,且没有缺陷生产,而130μm熔道有明显的孔隙缺陷及未完全熔化的粉末。结论扫描间距的变化会造成液态熔体流动、传热和传质的改变,进而改变激光选区熔化铜合金多道成形的熔池动力学行为与吸收率,最终影响成形件的质量。选用合适的扫描间距可以有效地避免未熔合缺陷,并保证相邻熔道间有良好的搭接率。

多光束激光选区熔化拼接区域熔池动力学行为数值模拟

目的 针对多光束激光选区熔化加工拼接重叠区域的质量控制难题,研究拼接重叠区域的缺陷形成机理与控制手段。方法 通过建立激光选区熔化介观尺度高保真数值模型,基于流体体积法和射线追踪热源,还原粉末熔化凝固的加工过程,研究不同加工参数下拼接重叠区域熔池动力学和激光反射吸收行为,并对比分析拼接重叠区域和非拼接重叠区域激光-材料能量耦合机制。结果 在拼接重叠区域大小不同的情况下,重叠区域长度分别为160、200、240μm时,其拼接重叠区域熔道宽度宽于非拼接重叠区域,拼接重叠区域与非拼接重叠区域存在高度差,且重叠区域的全局激光吸收率要高于非重叠区域,其中重叠区域皆有孔隙缺陷,重叠区域240μm长度方案下的全局平均吸收率达到最高(0.417 56)。在拼接重叠区域长度为240μm、扫描速度为0.9 m/s和1.2 m/s时,由于获得的能量低于扫描速度为0.6 m/s时的能量,其重叠区域不存在孔隙缺陷。结论 拼接重叠区域的表面形貌和孔隙缺陷与熔池动力学和激光反射吸收行为密切相关,合适的加工参数可以改善拼接重叠区域的成形质量。

激光选区熔化粉末尺度的数值模拟研究现状

激光选区熔化成形过程是涉及多物理现象的耦合过程。采用数值模拟能够有效地研究成形过程中的多物理现象,探究缺陷形成机理,优化工艺参数设置。本文对目前国内外激光选区熔化粉末尺度的数值模拟进行了综述,介绍了数值模拟的关键模型,分析了粉末尺度下缺陷研究的数值模拟,总结展望了激光选区熔化粉末尺度数值模拟的发展方向与趋势。

激光选区熔化增材制造吸收率的研究进展

在研究激光选区熔化增材制造过程中材料吸收率是一个具有科学和实际意义的问题,它不仅是工艺过程精确性仿真的前提条件,而且为所选用的金属粉末材料定义一组工艺条件,使其更适合于激光选区熔化成形。本文首先介绍了激光与粉末床相互作用机理,然后总结了激光选区熔化过程中吸收率的常用测量方法,并在此基础上综述了国内外学者运用不同方法研究吸收率的进展和比较分析了各种方法的特点及测量时的注意事项。此外,重点对可能影响吸收率的因素进行了详细分类和阐述。最后就当前的研究进展及所面临的主要问题进行归纳总结,对未来吸收率的研究进行了展望。