研究目的
有效控制激光粉末床熔融（LPBF）工业生产中的孔隙缺陷。
研究成果
激光粉末床熔融（LPBF）过程中熔池的演化主要受气化反冲力、马兰戈尼效应和表面张力的影响。当体积能量密度过小时，金属颗粒熔合不足会产生孔隙缺陷；而当体积能量密度过大引发"匙孔"效应时，因裹挟气体无法及时逸出也会形成孔隙缺陷。本文为LPBF生产中孔隙缺陷的科学调控提供了理论指导。
研究不足
该研究假设液态金属和气体的流动行为为不可压缩牛顿流体的层流，忽略了熔融金属汽化导致的质量损失，并未考虑密度变化对体积的影响。
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激光粉末床熔融过程中孔隙演化的介观尺度模拟
DOI：10.1016/j.commatsci.2020.109686
期刊：Computational Materials Science
出版年份：2020
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
激光粉末床熔融（LPBF）是一种先进的制造技术，通过数据驱动的逐层材料堆积形成金属部件，已广泛应用于航空航天等领域。有效控制孔隙缺陷是LPBF工业生产中的关键科学问题和技术难点?；诳蠢肷⒃椒ù隮ade获取了粉末床的颗粒分布，基于开源计算流体力学代码OpenFOAM预测了LPBF成形过程中观尺度的孔隙演变。影响熔池的热-力因素包括表面张力、马兰戈尼效应、气化反冲力和糊状区阻力。激光能量模型采用基于界面追踪的体热源。首先对LPBF单道成形情况下的熔池演变进行了无量纲分析，熔池演变主要受气化反冲力、马兰戈尼效应和表面张力的影响，且熔池不同区域的主要影响因素存在差异。为考察激光功率、扫描速度、粉末床厚度和扫描间距对LPBF成形过程中孔隙缺陷的影响，开展了模拟并与实验结果对比。当体积能量密度过小时，因金属颗粒熔合不足产生孔隙缺陷；当体积能量密度过大引发"匙孔"效应时，则因裹挟气体无法及时逸出而产生孔隙缺陷。本文有望为LPBF生产中孔隙缺陷的科学调控提供理论指导。
作者：
Liu Cao
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